富鋰錳基：下一代鋰電池理想正極

于電池而言，向高能量密度演進正如無休止地推動西西弗斯巨石。對能量密度“天花板”的每一次打破，都是對新一輪挑戰(zhàn)的策動。

復盤電池能量密度的進階歷程，實現大跨步之時，往往是對具備高能量密度特質的新材料實現產業(yè)化。3月下旬，麒麟電池的正式量產吹響以硅基負極為代表的新材料產業(yè)化應用號角。與硅基負極類似，正極材料同樣有望進入富鋰錳基的時代。

憑借高克容量、高電壓平臺以及低成本優(yōu)勢，富鋰錳基已被視為“潛力股”多時。頭部電池及材料企業(yè)皆將富鋰錳基產業(yè)化應用作為重點布局方向。從近來業(yè)界取得的相關進展看來，富鋰錳基或將迎來產業(yè)化應用拐點。

富鋰錳基：下一代鋰電池理想正極

現行鋰電池的材料體系中，為防止電池充放電循環(huán)過程中負極發(fā)生析鋰、死區(qū)情況，一般采用負極過量的方案。即便如此，正極材料相比于負極在克容量方面仍有大幅提升的空間。

目前，石墨負極克容量水平已在300mAh/g以上，硅基負極可達370mAh/g。而主流正極材料克容量水平在200mAh/g，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。

同時，以錳元素為主的富鋰錳基材料價格低廉，相比于三元、鈷酸鋰材料，在高克容量的基礎上還兼具成本優(yōu)勢，被業(yè)界期待為下一代鋰電池的理想正極。

結構方面，類似于三元材料的層狀結構，富鋰錳基結構更為復雜，為兩種層狀結構混排形成超晶格結構。這種比三元材料更不穩(wěn)定的結構也決定了富鋰錳基在產業(yè)化應用上的難點。

業(yè)界研究顯示，當電壓趨近或高于4.5v，富鋰錳基的層狀結構會向尖晶石結構轉變，喪失電化學活性。除發(fā)生表面尖晶石相變，充放電循環(huán)中的富鋰錳基材料還容易出現裂紋等微觀缺陷、不可逆陰離子氧化還原等的問題。在以上因素的綜合影響下，富鋰錳基在產業(yè)化應用上仍存在首效低、容量衰減、電壓衰減、倍率性能差等難點亟待解決。

基于以上結構特點，富鋰錳基在技術路線上同樣與三元材料類似，以固相法為主流，并通過摻雜、包覆等改性技術，攻克相關難點，加速產業(yè)化應用落地。

頭部企業(yè)爭相布局

隨著業(yè)界對富鋰錳基的關注升溫。寧德時代、中創(chuàng)新航、蜂巢能源、國軒高科、孚能科技等電池企業(yè)均公開披露，將富鋰錳基等高錳材料作為重要研發(fā)方向。

在材料端，富鋰錳基成為頭部正極材料企業(yè)戰(zhàn)略布局中的重要一環(huán)。

巴斯夫杉杉擁有富鋰錳基的第一篇專利，去年9月，巴斯夫杉杉透露其富鋰錳基材料已進入噸級規(guī)模生產，并與頭部電池公司聯合開發(fā)，以進一步挖掘富鋰錳基性價比優(yōu)勢。

當升科技圍繞富鋰錳基材料的制備方法也有所布局，并在2022年度報告中披露，公司新型富鋰錳基產品開發(fā)進展順利，目前已向國內主流電池生產商送樣。

容百科技2022年度報告中披露，前沿產品富鋰錳基樣品已通過客戶認證。

除了頭部正極材料企業(yè)近年來的布局，在富鋰錳基研究及產業(yè)化已走了17年的寧夏漢堯早在2009年、2012年先后建成兩條富鋰錳基產線，現已形成從鋰礦、富鋰錳基前驅體、富鋰錳基正極材料到回收的完整產業(yè)鏈閉環(huán)。并在去年，寧夏漢堯牽頭與寧德時代、中科院寧波所合作了科技部富鋰錳基相關的無鈷項目。

從以上企業(yè)的相關布局情況看來，目前，圍繞富鋰錳基的完整材料產業(yè)鏈格局尚未形成，專注于富鋰錳基應用的寧夏漢堯已取得明顯產業(yè)化進展。

產業(yè)化應用破曉

目前，富鋰錳基已在小動力、儲能、數碼等領域的鋰電池實現應用，向動力領域的滲透提速。據行業(yè)樂觀預測，到2026年，富鋰錳基應用市場規(guī)模將超過1700億元。

在落實富鋰錳基產業(yè)化應用的具體路徑上，走在行業(yè)前列的寧夏漢堯告訴高工鋰電，寧夏漢堯的思路是，挖掘富鋰錳基在不同電壓段特性，以實現高電壓應用為目標，在低、中、高電壓端分步落實應用。

低壓段（4.2v）：

在低壓端，富鋰錳基與錳酸鋰復合使用可在保持錳酸鋰體系材料的成本優(yōu)勢基礎上，提升循環(huán)性能與高溫性能。在此路徑上，寧夏漢堯已實現二輪車、低速四輪車以及數碼領域的廣泛應用。

中壓段（4.3v-4.4v）：

富鋰錳基在中壓段性能穩(wěn)定，循環(huán)性優(yōu)勢凸顯，與目前主流的正極材料復合使用，可相互實現“取長補短”。

在單晶三元材料中添加20%至30%富鋰錳基可實現循環(huán)性能提高以及瓦時成本降低。

在磷酸鐵鋰材料體系中混合，可提升電壓平臺，整體材料壓實密度也可提升至2.7g/cm3、2.8g/cm3水平。

在磷酸錳鐵鋰材料體系中混合，可彌補磷酸錳鐵鋰相比于磷酸鐵鋰的循環(huán)性能劣勢。

高壓段（4.45v-4.5v）：

在高電壓水平，在高能量密度優(yōu)勢基礎上維持富鋰錳基結構的相對穩(wěn)定是目前產業(yè)化要攻克的主要難點。寧夏漢堯的思路是實現在4.5V、4.55V、4.6V電壓體系下，逐步實現產業(yè)化應用。目前，寧夏漢堯4.45V高電壓產品的克容量已達220 mAh/g-230 mAh/g，預計4.5V-4.6V高電壓產品克容量可達250 mAh/g以上。

業(yè)界觀點普遍認為，富鋰錳基的產業(yè)化應用尚處于起步階段。從目前應用路徑看，與主流正極材料復合使用，已可做到對各種材料劣勢的彌補，實現正極材料整體性能的提升。隨著富鋰錳基相關技術的完善、在高電壓段的產業(yè)化落地，富鋰錳基有望策動電池新一輪的材料體系變革。

審核編輯：劉清