富鋰錳基——下一代最具潛力的固態電池正極材料

固態電池能量密度和熱穩定性能顯著優于液體鋰離子電池，具有遠期商業化前景。

固態鋰電池主要由正極、負極、固態電解質等關鍵材料構成。

在眾多正極材料中，富鋰錳基材料因其超高的比容量、高電壓特性以及顯著成本優勢，被視為下一代鋰離子電池最具潛力的正極材料。

作為正極材料中，最難落地的富鋰錳基材料，正迎來產業化曙光。

4月2日，國內固態電池企業太藍新能源對外公布了可以滿足車規級應用的全固態電池研發進展：公司已成功制備出世界首塊車規級單體容量120Ah，實測能量密度達到720 Wh/kg的超高能量密度體型化全固態鋰金屬電池。

據電池中國了解，太藍新能源720Wh/kg全固態電池，正極采用了高克容量、長循環富鋰錳基材料;負極則采用了復合鋰金屬基材料。如果該產品成功落地，則意味著富鋰錳基材料即將迎來產業化應用的關鍵節點。

東吳證券和國聯證券報告也認為，要實現高于450Wh/kg的凝聚態電池，正極或采用高鎳高電壓、超高鎳9系或富鋰錳基材料。

2023年1月，由寧夏漢堯、寧德時代、國聯動力研究院、江西理工、寧波所等單位聯合申報的高性能富鋰錳基材料項目已啟動實施。該項目目標是完成低成本富鋰錳基正極材料制備技術的攻關，建成年產萬噸級富鋰錳基前驅體以及年產萬噸級正極材料生產線，實現富鋰錳基正極材料批量化生產。

寧德時代所申請的技術專利，也體現出對富鋰錳基材料的密集研發投入和布局。企查查數據顯示，寧德時代今年2月8日公布了一項國際專利申請，專利名為“改性富鋰錳基材料、富鋰錳基材料的改性方法、二次電池及用電裝置”，專利申請號為PCT/CN2022/109450，該專利技術提高了富鋰錳基材料首效、循環穩定性、熱穩定性、倍率性能和容量。

另外，寧德時代申請的一項申請號為CN202211515930的專利，就是針對高電壓下正極材料穩定性較差的問題，提供了包括活性材料和包覆在其表面的固態電解質層改性方法，所述固態電解質層電化學窗口大于活性材料，從而有效提高正極材料的電化學窗口，抑制晶格不可逆變化，提高在高電壓條件下的穩定性。

除了寧德時代，億緯鋰能近期也公布了一項富鋰錳基相關方面的專利。

今年3月，國家知識產權局公告，惠州億緯鋰能股份有限公司申請一項名為“一種摻雜的富鋰錳基材料及其制備方法與用途”，公開號CN117747826A，申請日期為2023年12月。

專利摘要顯示，該發明提供了一種摻雜的富鋰錳基材料及其制備方法與用途，即通過特定元素及含量的摻雜，如銅摻雜，解決了富鋰錳基材料在循環時因不可逆結構轉變引起的容量衰減問題，穩定了晶體結構，將1C下循環300周后的容量保持率從61%提升至85%。所述摻雜型富鋰錳基材料的制備方法簡單、方便、成本低廉，且合成制備效果穩定，適宜大規模工業化生產。

富鋰錳基材料是實現動力鋰電池高能量密度技術突破的核心材料，擁有高達300mAh/g的比容量，遠超目前商業化應用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料的放電比容量，幾乎是當前已商業化正極材料實際容量的兩倍。

與常見的鈷酸鋰和鎳鈷錳三元正極材料相比，富鋰錳基材料降低了成本且提升了安全性。

此外，富鋰錳基材料的電壓窗口寬廣（2.0-4.8V），在常規壓力下的循環穩定性優于其他商業化的正極材料。當與硅碳負極相匹配時，其電芯的能量密度有望超過400Wh/kg。同時，作為一種低鎳高錳的正極材料，其低瓦時成本可以和磷酸鐵鋰相媲美。

固態電池產業鏈與液態鋰電池大致相似，兩者主要的區別在于中上游的負極材料和電解質不同，在正極方面幾乎一致，若完全發展至全固態電池，隔膜也完全被替換。

固態電池正極材料中，富鋰錳基產業鏈上游環節主要包括鋰、錳等相關礦產資源的開采。

中游主要是富鋰錳基材料的生產環節。

下游電池制造環節中富鋰錳基材料被用作鋰離子電池（包括固態電池）的正極材料，與其他材料如負極電解液和隔膜等一起組裝成完整的電池，終端為各種應用領域。

從富鋰錳基材料市場格局來看，容百科技和當升科技等正極材料行業的龍頭企業，已經提前布局富鋰錳基材料的研發，并已進入小試階段。

容百科技研發的低鈷材料在常溫下，以0.33C的電流密度放電，比容量達到了245mAh/g或以上，這種材料不僅成本低而且容量高，非常適合液態電池使用。

當升科技計劃進一步推動固態鋰電、富鋰錳基和鈉離子電池等戰略新產品的研發工作，以期搶占下一代鋰電正極材料的技術制高點。

中科院寧波材料所下屬的寧波富鋰電池，已經建立了百噸級的富鋰錳基正極材料中試生產線，為大規模生產做好了準備。

此外，振華新材、中偉股份、昆工科技、天原股份、國軒高科、多氟多等公司也在積極開展富鋰錳基材料（及其前驅體）的研發項目。

當前節點來看，富鋰錳基材料距離大規模產業鏈化還有一定的時間。

短期內富鋰錳基材料可能無法作為單一材料使用。富鋰錳基材料可以與現有的三元材料、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料進行混合使用，以降低電壓，從而加速其商業化應用。長遠來看，富鋰錳基作為性能優異的正極新材料，有望在固態電池產業鏈環節中占據重要的位置。

（中國粉體網編輯整理/蘇簡）

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