固態(tài)電池正極材料發(fā)展與現(xiàn)狀

隨著新能源汽車和儲能系統(tǒng)的快速發(fā)展，固態(tài)電池作為下一代電池技術的重要方向之一，其正極材料的研究和應用將受到越來越多的關注。

正極材料作為固態(tài)電池的重要組成部分，其性能直接關系到固態(tài)電池的能量密度、循環(huán)壽命、快充性能等關鍵指標。通過開發(fā)新型高電壓、高比容量的正極材料，提高固態(tài)電池的能量密度。

目前固態(tài)電池正極材料主要沿用高鎳三元路線，正在向超高鎳、富鋰錳基、高壓尖晶石鎳錳酸鋰等高能量密度的新型材料迭代升級。這些材料在能量密度、電壓平臺等方面具有顯著優(yōu)勢，但各自也存在一些挑戰(zhàn)。

高鎳三元材料具有高能量密度和較好的循環(huán)性能，被廣泛應用于半固態(tài)和全固態(tài)電池中。特別是超高鎳三元正極材料（如9系超高鎳），其克容量有望達到215mAh/g左右，與石墨負極搭檔時，平均電壓穩(wěn)定在3.62V左右。

富鋰錳基電壓窗口寬，常壓下循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)于其他商業(yè)化正極，高壓放電比容量可達250mAh/g以上，與硅碳負極匹配，電芯能量密度有望超越400Wh/kg，且其為低鎳高錳正極，低瓦時成本媲美磷酸鐵鋰。但富鋰錳基電子電導率極低 ，高壓下循環(huán)過程中易發(fā)生尖晶石相變，且高壓電極/電解質(zhì)界面副反應嚴重，面臨倍率性能差、首次庫倫效率低(<80%)、循環(huán)容量及電壓衰減等難點，短期無法單一使用，可與現(xiàn)有三元、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極混合降低電壓，提早實現(xiàn)商業(yè)化應用。

鎳錳酸鋰為尖晶石結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性優(yōu)于層狀氧化物，且具有三維Li⁺擴散通道，倍率性能良好。鎳錳酸鋰以鎳均勻取代錳酸鋰中25%的錳，工作電壓高達4.7V，使比能量超越635Wh/kg，接近三元，遠高于鐵鋰，且其為低鎳無鈷二元正極，成本優(yōu)勢顯著。鎳錳酸鋰的難點在于材料電壓平臺過高而導致正極界面不穩(wěn)定，可通過金屬摻雜、氧化物包覆及鐵鋰、三元正極復合等路徑解決。

產(chǎn)業(yè)化方面，多家企業(yè)已經(jīng)出貨并投入實際應用。其中，五礦新能（原長遠鋰科）在固態(tài)電池方面與行業(yè)內(nèi)主流電池企業(yè)均有緊密的技術合作，已有正極產(chǎn)品進入多家固態(tài)電池企業(yè)評估驗證，并已向某固態(tài)電池企業(yè)提供百公斤級產(chǎn)品進行產(chǎn)線試制。

針對固態(tài)電池相關的技術、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2024年9月5-6日在常州舉辦第六屆高比能固態(tài)電池關鍵材料技術大會。為致力于固態(tài)電池技術開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，來自五礦新能源材料（湖南）股份有限公司研發(fā)部副部長白立雄將作題為《固態(tài)電池正極材料發(fā)展與現(xiàn)狀》的報告。

專家簡介：

白立雄，五礦新能源材料（湖南）股份有限公司副主任研究員，北京科技大學博士。固態(tài)電池方向從事研究工作多年，研究內(nèi)容包含:多種固體電解質(zhì)開發(fā)(聚合物、凝膠態(tài)、氧化物、硫化物等)、固態(tài)電池正極材料開發(fā)(高電壓、三元等)、界面優(yōu)化(固態(tài)電池界面緩沖層、界面匹配等)、固態(tài)電池數(shù)據(jù)庫搭建。多次參與固態(tài)電池相關的國際合作項目等。現(xiàn)階段，負責與多家車企、科研院所合作開發(fā)固態(tài)電池正極材料項目，推進固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進程。

參考來源：

1.李泓、陳立泉《固態(tài)電池關鍵材料體系發(fā)展研究》

2.東莞證券《固態(tài)電池專題報告：下一代鋰電池，產(chǎn)業(yè)化前景漸明朗》

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