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

復(fù)盤電池能量密度的進(jìn)階歷程，實(shí)現(xiàn)大跨步之時(shí)，往往是對(duì)具備高能量密度特質(zhì)的新材料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。3月下旬，麒麟電池的正式量產(chǎn)吹響以硅基負(fù)極為代表的新材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用號(hào)角。與硅基負(fù)極類似，正極材料同樣有望進(jìn)入富鋰錳基的時(shí)代。

憑借高克容量、高電壓平臺(tái)以及低成本優(yōu)勢(shì)，富鋰錳基已被視為“潛力股”多時(shí)。頭部電池及材料企業(yè)皆將富鋰錳基產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用作為重點(diǎn)布局方向。從近來(lái)業(yè)界取得的相關(guān)進(jìn)展看來(lái)，富鋰錳基或?qū)⒂瓉?lái)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用拐點(diǎn)。

富鋰錳基：下一代鋰電池理想正極

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

目前，石墨負(fù)極克容量水平已在300mAh/g以上，硅基負(fù)極可達(dá)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(shí)，以錳元素為主的富鋰錳基材料價(jià)格低廉，相比于三元、鈷酸鋰材料，在高克容量的基礎(chǔ)上還兼具成本優(yōu)勢(shì)，被業(yè)界期待為下一代鋰電池的理想正極。

結(jié)構(gòu)方面，類似于三元材料的層狀結(jié)構(gòu)，富鋰錳基結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，為兩種層狀結(jié)構(gòu)混排形成超晶格結(jié)構(gòu)。這種比三元材料更不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)也決定了富鋰錳基在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上的難點(diǎn)。

業(yè)界研究顯示，當(dāng)電壓趨近或高于4.5v，富鋰錳基的層狀結(jié)構(gòu)會(huì)向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，喪失電化學(xué)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(xiàn)裂紋等微觀缺陷、不可逆陰離子氧化還原等的問(wèn)題。在以上因素的綜合影響下，富鋰錳基在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上仍存在首效低、容量衰減、電壓衰減、倍率性能差等難點(diǎn)亟待解決。

基于以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，富鋰錳基在技術(shù)路線上同樣與三元材料類似，以固相法為主流，并通過(guò)摻雜、包覆等改性技術(shù)，攻克相關(guān)難點(diǎn)，加速產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用落地。

頭部企業(yè)爭(zhēng)相布局

隨著業(yè)界對(duì)富鋰錳基的關(guān)注升溫。寧德時(shí)代、中創(chuàng)新航、蜂巢能源、國(guó)軒高科、孚能科技等電池企業(yè)均公開(kāi)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(jìn)入噸級(jí)規(guī)模生產(chǎn)，并與頭部電池公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，以進(jìn)一步挖掘富鋰錳基性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)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(bào)告中披露，公司新型富鋰錳基產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)展順利，目前已向國(guó)內(nèi)主流電池生產(chǎn)商送樣。

容百科技2022年度報(bào)告中披露，前沿產(chǎn)品富鋰錳基樣品已通過(guò)客戶認(rèn)證。

除了頭部正極材料企業(yè)近年來(lái)的布局，在富鋰錳基研究及產(chǎn)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(chǎn)線，現(xiàn)已形成從鋰礦、富鋰錳基前驅(qū)體、富鋰錳基正極材料到回收的完整產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)。并在去年，寧夏漢堯牽頭與寧德時(shí)代、中科院寧波所合作了科技部富鋰錳基相關(guān)的無(wú)鈷項(xiàng)目。

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

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用破曉

目前，富鋰錳基已在小動(dòng)力、儲(chǔ)能、數(shù)碼等領(lǐng)域的鋰電池實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，向動(dòng)力領(lǐng)域的滲透提速。據(jù)行業(yè)樂(lè)觀預(yù)測(cè)，到2026年，富鋰錳基應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)1700億元。

在落實(shí)富鋰錳基產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(shí)現(xiàn)高電壓應(yīng)用為目標(biāo)，在低、中、高電壓端分步落實(shí)應(yīng)用。

低壓段（4.2v）：

在低壓端，富鋰錳基與錳酸鋰復(fù)合使用可在保持錳酸鋰體系材料的成本優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，提升循環(huán)性能與高溫性能。在此路徑上，寧夏漢堯已實(shí)現(xiàn)二輪車、低速四輪車以及數(shù)碼領(lǐng)域的廣泛應(yīng)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(shì)凸顯，與目前主流的正極材料復(fù)合使用，可相互實(shí)現(xiàn)“取長(zhǎng)補(bǔ)短”。

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

在磷酸鐵鋰材料體系中混合，可提升電壓平臺(tái)，整體材料壓實(shí)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(bǔ)磷酸錳鐵鋰相比于磷酸鐵鋰的循環(huán)性能劣勢(shì)。

高壓段（4.45v-4.5v）：

在高電壓水平，在高能量密度優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上維持富鋰錳基結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定是目前產(chǎn)業(yè)化要攻克的主要難點(diǎn)。寧夏漢堯的思路是實(shí)現(xiàn)在4.5V、4.55V、4.6V電壓體系下，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。目前，寧夏漢堯4.45V高電壓產(chǎn)品的克容量已達(dá)220 mAh/g-230 mAh/g，預(yù)計(jì)4.5V-4.6V高電壓產(chǎn)品克容量可達(dá)250 mAh/g以上。

業(yè)界觀點(diǎn)普遍認(rèn)為，富鋰錳基的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚處于起步階段。從目前應(yīng)用路徑看，與主流正極材料復(fù)合使用，已可做到對(duì)各種材料劣勢(shì)的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)正極材料整體性能的提升。隨著富鋰錳基相關(guān)技術(shù)的完善、在高電壓段的產(chǎn)業(yè)化落地，富鋰錳基有望策動(dòng)電池新一輪的材料體系變革。

審核編輯：劉清