超高能量密度電池亮劍，富鋰錳基“升溫”

作為正極材料中，最難落地的富鋰錳基材料，正迎來產(chǎn)業(yè)化曙光。

4月2日，國內(nèi)固態(tài)電池企業(yè)太藍(lán)新能源對外公布了可以滿足車規(guī)級應(yīng)用的全固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展：公司已成功制備出世界首塊車規(guī)級單體容量120Ah，實測能量密度達(dá)到720 Wh/kg的超高能量密度體型化全固態(tài)鋰金屬電池。

據(jù)電池中國了解，太藍(lán)新能源720Wh/kg全固態(tài)電池，正極采用了高克容量、長循環(huán)富鋰錳基材料;負(fù)極則采用了復(fù)合鋰金屬基材料。如果該產(chǎn)品成功落地，則意味著富鋰錳基材料即將迎來產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵節(jié)點。

富鋰錳基具有不錯的高比容量，且錳資源儲量豐富，成本較低，一直是高能量密度、長續(xù)航電池的理想材料，但是這種材料多年來一直處于“理想狀態(tài)”。主要是富鋰錳基材料存在首次庫侖效率低、倍率性能差、循環(huán)壽命低、電壓衰減嚴(yán)重和安全性難以掌控等問題，其產(chǎn)業(yè)化面臨不少技術(shù)挑戰(zhàn)。

不過，自去年以來，富鋰錳基材料的產(chǎn)業(yè)化就已經(jīng)蠢蠢欲動，包括材料、電池、裝備企業(yè)相繼在這一領(lǐng)域進(jìn)行布局，并取得進(jìn)展。

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寧德時代、億緯鋰能、力神均已布局

去年4月，寧德時代正式對外發(fā)布了凝聚態(tài)電池。據(jù)介紹，針對超高比能化學(xué)材料的電化學(xué)反應(yīng)變化，凝聚態(tài)電池采用了高動力仿生凝聚態(tài)電解質(zhì)、高能量密度正極材料、新型負(fù)極、隔離膜等創(chuàng)新技術(shù)，并進(jìn)行了生產(chǎn)工藝創(chuàng)新，單體能量密度最高可達(dá)500Wh/kg。

值得注意的是，寧德時代并未透露他們研發(fā)的凝聚態(tài)電池，其高能量密度正極材料、新型負(fù)極具體采用了哪些材料。理論上來看，電池能量密度與正極材料的克容量、電壓強弱相關(guān)。有媒體猜測，寧德時代單體能量密度接近500Wh/kg的電池，或采用了兼顧高克容量與高電壓的特性富鋰錳基電池材料體系。不過，媒體的這一推測，并未得到企業(yè)方面證實。

東吳證券和國聯(lián)證券報告也認(rèn)為，要實現(xiàn)高于450Wh/kg的凝聚態(tài)電池，正極或采用高鎳高電壓、超高鎳9系或富鋰錳基材料。

作出上述猜測還有一個重要原因，即寧德時代在富鋰錳基材料領(lǐng)域已布局多年。

2023年1月，由寧夏漢堯、寧德時代、國聯(lián)動力研究院、江西理工、寧波所等單位聯(lián)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(biāo)是完成低成本富鋰錳基正極材料制備技術(shù)的攻關(guān)，建成年產(chǎn)萬噸級富鋰錳基前驅(qū)體以及年產(chǎn)萬噸級正極材料生產(chǎn)線，實現(xiàn)富鋰錳基正極材料批量化生產(chǎn)。

寧德時代所申請的技術(shù)專利，也體現(xiàn)出對富鋰錳基材料的密集研發(fā)投入和布局。企查查數(shù)據(jù)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?zhí)枮镻CT/CN2022/109450，該專利技術(shù)提高了富鋰錳基材料首效、循環(huán)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、倍率性能和容量。

另外，寧德時代申請的一項申請?zhí)枮镃N202211515930的專利，就是針對高電壓下正極材料穩(wěn)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(tài)電解質(zhì)層改性方法，所述固態(tài)電解質(zhì)層電化學(xué)窗口大于活性材料，從而有效提高正極材料的電化學(xué)窗口，抑制晶格不可逆變化，提高在高電壓條件下的穩(wěn)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(guān)方面的專利。

今年3月，國家知識產(chǎn)權(quán)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(fā)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(huán)時因不可逆結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變引起的容量衰減問題，穩(wěn)定了晶體結(jié)構(gòu)，將1C下循環(huán)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(wěn)定，適宜大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

在材料端，包括當(dāng)升科技、容百科技、格林美、巴斯夫杉杉等多家企業(yè)已經(jīng)提前布局。

早在2022年7月，當(dāng)升科技就表示，經(jīng)過多年技術(shù)公關(guān)，公司系統(tǒng)解決了能效、首效、倍率、壓降、壽命等7大關(guān)鍵技術(shù)問題，推出了高性能富錳正極材料，大大加快了新一代高容量錳基材料的商業(yè)化進(jìn)程。

2023年10月，北京當(dāng)升材料科技股份有限公司申請一項名為“富鋰錳基正極材料及其制備方法和鋰離子電池”，公開號為CN117691099A。專利摘要顯示，該發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，公開了富鋰錳基正極材料及其制備方法和鋰離子電池。

2022年4月，力神電池與當(dāng)升科技簽訂合作協(xié)議，高容量富鋰錳基正極材料確定為雙方合作研發(fā)項目之一。

容百科技方面，公司于2023年9月申請一項名為“一種類單晶富鋰錳基正極材料及其制備方法和應(yīng)用“，公開號為CN117317210A。同年12月，容百科技在其與投資者的互動平臺表示，公司富鋰錳基正極材料通過客戶認(rèn)證，容量、循環(huán)等綜合性能行業(yè)領(lǐng)先。其中低鈷長循環(huán)富鋰錳基正極材料已與國內(nèi)外多家主流電芯及整機廠密切合作。

去年12月，格林美股份有限公司申請一項名為“一種鋰缺陷富鋰錳基正極材料及其制備方法與應(yīng)用”，公開號為CN117637994A。格林美表示，公司正在大力推進(jìn)富鋰錳基材料研發(fā)，目前研發(fā)水平和進(jìn)度已處于行業(yè)前列，公司將繼續(xù)配合下游客戶加大富鋰錳基材料研發(fā)力度，共同推進(jìn)固態(tài)電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2022年9月，巴斯夫杉杉曾透露其富鋰錳基材料已進(jìn)入噸級規(guī)模生產(chǎn)，并與頭部電池公司聯(lián)合開發(fā)，以進(jìn)一步挖掘富鋰錳基性價比優(yōu)勢。

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富鋰錳基，全固態(tài)電池的理想材料

半固態(tài)、全固態(tài)電池因具有高能量密度、高安全特性，逐漸成為業(yè)界研究的主要方向。

從電池正極材料來看，目前主流正極材料克容量水平在200mAh/g左右，更高的三元材料水平依舊在250mAh/g以下，富鋰錳基則具備超250mAh/g的高能量密度潛力。

對于全固態(tài)電池而言，由于固態(tài)電解質(zhì)電壓耐受能力更強，正極方面選擇電壓平臺更高的富鋰錳基正極材料，具有更低的成本和更高的克容量，是未來高能量密度全固態(tài)電池的理想選擇。太藍(lán)新能源720Wh/kg全固態(tài)電池正極材料正是采用了富鋰錳基體系。

從未來發(fā)展趨勢來看，富鋰錳基在提升電池能量密度方面表現(xiàn)突出，未來有望在固態(tài)電池技術(shù)路線上成為主流之一，這也將是富鋰錳基材料的主要應(yīng)用方向。

除了直接作為正極材料純用，富鋰錳基還可與錳酸鋰混摻、與磷酸鐵鋰和磷酸錳鐵鋰混摻、與單晶三元混用，以及作為正極補鋰劑等拓展其他應(yīng)用方向。