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富锂锰基材料迎来产业化曙光

2024-04-09

为正极材料中，最难落地的富锂锰基材料，正迎来产业化曙光。

4月2日，国内固态电池企业太蓝新能源对外公布了可以满足车规级应用的全固态电池研发进展：公司已成功制备出世界首块车规级单体容量120Ah，实测能量密度达到720 Wh/kg的超高能量密度体型化全固态锂金属电池。

据电池中国了解，太蓝新能源720Wh/kg全固态电池，正极采用了高克容量、长循环富锂锰基材料；负极则采用了复合锂金属基材料。如果该产品成功落地，则意味着富锂锰基材料即将迎来产业化应用的关键节点。

富锂锰基具有不错的高比容量，且锰资源储量丰富，成本较低，一直是高能量密度、长续航电池的理想材料，但是这种材料多年来一直处于“理想状态”。主要是富锂锰基材料存在首次库仑效率低、倍率性能差、循环寿命低、电压衰减严重和安全性难以掌控等问题，其产业化面临不少技术挑战。

不过，自去年以来，富锂锰基材料的产业化就已经蠢蠢欲动，包括材料、电池、装备企业相继在这一领域进行布局，并取得进展。

宁德时代、亿纬锂能、力神均已布局

去年4月，宁德时代正式对外发布了凝聚态电池。据介绍，针对超高比能化学材料的电化学反应变化，凝聚态电池采用了高动力仿生凝聚态电解质、高能量密度正极材料、新型负极、隔离膜等创新技术，并进行了生产工艺创新，单体能量密度最高可达500Wh/kg。

值得注意的是，宁德时代并未透露他们研发的凝聚态电池，其高能量密度正极材料、新型负极具体采用了哪些材料。理论上来看，电池能量密度与正极材料的克容量、电压强弱相关。有媒体猜测，宁德时代单体能量密度接近500Wh/kg的电池，或采用了兼顾高克容量与高电压的特性富锂锰基电池材料体系。不过，媒体的这一推测，并未得到企业方面证实。

东吴证券和国联证券报告也认为，要实现高于450Wh/kg的凝聚态电池，正极或采用高镍高电压、超高镍9系或富锂锰基材料。

作出上述猜测还有一个重要原因，即宁德时代在富锂锰基材料领域已布局多年。

2023年1月，由宁夏汉尧、宁德时代、国联动力研究院、江西理工、宁波所等单位联合申报的高性能富锂锰基材料项目已启动实施。该项目目标是完成低成本富锂锰基正极材料制备技术的攻关，建成年产万吨级富锂锰基前驱体以及年产万吨级正极材料生产线，实现富锂锰基正极材料批量化生产。

宁德时代所申请的技术专利，也体现出对富锂锰基材料的密集研发投入和布局。企查查数据显示，宁德时代今年2月8日公布了一项国际专利申请，专利名为“改性富锂锰基材料、富锂锰基材料的改性方法、二次电池及用电装置”，专利申请号为PCT/CN2022/109450，该专利技术提高了富锂锰基材料首效、循环稳定性、热稳定性、倍率性能和容量。

另外，宁德时代申请的一项申请号为CN202211515930的专利，就是针对高电压下正极材料稳定性较差的问题，提供了包括活性材料和包覆在其表面的固态电解质层改性方法，所述固态电解质层电化学窗口大于活性材料，从而有效提高正极材料的电化学窗口，抑制晶格不可逆变化，提高在高电压条件下的稳定性。

除了宁德时代，亿纬锂能近期也公布了一项富锂锰基相关方面的专利。

今年3月，国家知识产权局公告，惠州亿纬锂能股份有限公司申请一项名为“一种掺杂的富锂锰基材料及其制备方法与用途”，公开号CN117747826A，申请日期为2023年12月。

专利摘要显示，该发明提供了一种掺杂的富锂锰基材料及其制备方法与用途，即通过特定元素及含量的掺杂，如铜掺杂，解决了富锂锰基材料在循环时因不可逆结构转变引起的容量衰减问题，稳定了晶体结构，将1C下循环300周后的容量保持率从61％提升至85％。所述掺杂型富锂锰基材料的制备方法简单、方便、成本低廉，且合成制备效果稳定，适宜大规模工业化生产。

在材料端，包括当升科技、容百科技、格林美、巴斯夫杉杉等多家企业已经提前布局。

早在2022年7月，当升科技就表示，经过多年技术公关，公司系统解决了能效、首效、倍率、压降、寿命等7大关键技术问题，推出了高性能富锰正极材料，大大加快了新一代高容量锰基材料的商业化进程。

2023年10月，北京当升材料科技股份有限公司申请一项名为“富锂锰基正极材料及其制备方法和锂离子电池”，公开号为CN117691099A。专利摘要显示，该发明涉及锂离子电池正极材料领域，公开了富锂锰基正极材料及其制备方法和锂离子电池。

2022年4月，力神电池与当升科技签订合作协议，高容量富锂锰基正极材料确定为双方合作研发项目之一。

容百科技方面，公司于2023年9月申请一项名为“一种类单晶富锂锰基正极材料及其制备方法和应用“，公开号为CN117317210A。同年12月，容百科技在其与投资者的互动平台表示，公司富锂锰基正极材料通过客户认证，容量、循环等综合性能行业领先。其中低钴长循环富锂锰基正极材料已与国内外多家主流电芯及整机厂密切合作。

去年12月，格林美股份有限公司申请一项名为“一种锂缺陷富锂锰基正极材料及其制备方法与应用”，公开号为CN117637994A。格林美表示，公司正在大力推进富锂锰基材料研发，目前研发水平和进度已处于行业前列，公司将继续配合下游客户加大富锂锰基材料研发力度，共同推进固态电池大规模产业化进程。

2022年9月，巴斯夫杉杉曾透露其富锂锰基材料已进入吨级规模生产，并与头部电池公司联合开发，以进一步挖掘富锂锰基性价比优势。

富锂锰基，全固态电池的理想材料

半固态、全固态电池因具有高能量密度、高安全特性，逐渐成为业界研究的主要方向。

从电池正极材料来看，目前主流正极材料克容量水平在200mAh/g左右，更高的三元材料水平依旧在250mAh/g以下，富锂锰基则具备超250mAh/g的高能量密度潜力。

对于全固态电池而言，由于固态电解质电压耐受能力更强，正极方面选择电压平台更高的富锂锰基正极材料，具有更低的成本和更高的克容量，是未来高能量密度全固态电池的理想选择之一。太蓝新能源720Wh/kg全固态电池正极材料正是采用了富锂锰基体系。

从未来发展趋势来看，富锂锰基在提升电池能量密度方面表现突出，未来有望在固态电池技术路线上成为主流之一，这也将是富锂锰基材料的主要应用方向。

除了直接作为正极材料纯用，富锂锰基还可与锰酸锂混掺、与磷酸铁锂和磷酸锰铁锂混掺、与单晶三元混用，以及作为正极补锂剂等拓展其他应用方向。