富锂锰基——下一代最具潜力的固态电池正极材料

固态电池能量密度和热稳定性能显著优于液体锂离子电池，具有远期商业化前景。

固态锂电池主要由正极、负极、固态电解质等关键材料构成。

在众多正极材料中，富锂锰基材料因其超高的比容量、高电压特性以及显著成本优势，被视为下一代锂离子电池最具潜力的正极材料。

作为正极材料中，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。

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。

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。

富锂锰基材料是实现动力锂电池高能量密度技术突破的核心材料，拥有高达300mAh/g的比容量，远超目前商业化应用的磷酸铁锂和三元材料等正极材料的放电比容量，几乎是当前已商业化正极材料实际容量的两倍。

与常见的钴酸锂和镍钴锰三元正极材料相比，富锂锰基材料降低了成本且提升了安全性。

此外，富锂锰基材料的电压窗口宽广（2.0-4.8V），在常规压力下的循环稳定性优于其他商业化的正极材料。当与硅碳负极相匹配时，其电芯的能量密度有望超过400Wh/kg。同时，作为一种低镍高锰的正极材料，其低瓦时成本可以和磷酸铁锂相媲美。

固态电池产业链与液态锂电池大致相似，两者主要的区别在于中上游的负极材料和电解质不同，在正极方面几乎一致，若完全发展至全固态电池，隔膜也完全被替换。

固态电池正极材料中，富锂锰基产业链上游环节主要包括锂、锰等相关矿产资源的开采。

中游主要是富锂锰基材料的生产环节。

下游电池制造环节中富锂锰基材料被用作锂离子电池（包括固态电池）的正极材料，与其他材料如负极电解液和隔膜等一起组装成完整的电池，终端为各种应用领域。

从富锂锰基材料市场格局来看，容百科技和当升科技等正极材料行业的龙头企业，已经提前布局富锂锰基材料的研发，并已进入小试阶段。

容百科技研发的低钴材料在常温下，以0.33C的电流密度放电，比容量达到了245mAh/g或以上，这种材料不仅成本低而且容量高，非常适合液态电池使用。

当升科技计划进一步推动固态锂电、富锂锰基和钠离子电池等战略新产品的研发工作，以期抢占下一代锂电正极材料的技术制高点。

中科院宁波材料所下属的宁波富锂电池，已经建立了百吨级的富锂锰基正极材料中试生产线，为大规模生产做好了准备。

此外，振华新材、中伟股份、昆工科技、天原股份、国轩高科、多氟多等公司也在积极开展富锂锰基材料（及其前驱体）的研发项目。

当前节点来看，富锂锰基材料距离大规模产业链化还有一定的时间。

短期内富锂锰基材料可能无法作为单一材料使用。富锂锰基材料可以与现有的三元材料、钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料进行混合使用，以降低电压，从而加速其商业化应用。长远来看，富锂锰基作为性能优异的正极新材料，有望在固态电池产业链环节中占据重要的位置。

（中国粉体网编辑整理/苏简）

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