【會議報告】固態(tài)電池用正極材料開發(fā)現狀

中國粉體網訊  固態(tài)電池技術是兼具高能量密度、高安全性、長壽命和低成本的下一代電池，正極材料是制約電池能量密度提升的重要因素。目前開發(fā)的鋰電池主要以正極材料作為鋰源，成本約占電池材料總成本的30%以上。固態(tài)電池對能量密度要求高，正極向高鎳、無鈷和富鋰等方向發(fā)展。

普遍用于固態(tài)電池研究的正極材料除主流的正極材料如鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）、磷酸鐵鋰（LFP）以及三元正極材料（NCM及NCA）等以外，高鎳層狀氧化物、富鋰錳基、高電壓鎳錳尖晶石等材料也在不斷研發(fā)之中。

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。隨著固態(tài)電池產業(yè)的發(fā)展，高鎳、超高鎳材料應用正被加速導入，助力電池能量密度突破350Wh/kg，向400Wh/kg及以上進發(fā)。

富鋰錳基被業(yè)內一致認為是全固態(tài)電池可選用的理想正極材料，其在高電壓和高放電比容量的先天優(yōu)勢，理論克容量可達320mAh/g，電壓平臺3.7V-4.6V，均顯著高于傳統正極材料。此外，成本方面，富鋰錳基材料以較便宜的錳元素為主，貴重金屬含量少。不僅成本更低，與高鎳三元材料相比，富鋰錳基制成電池的單位成本可下降近20%，而且安全性更好。

不過，富鋰錳基電子電導率極低(~10^-8S/cm)，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，短期內富鋰錳基材料可能無法作為單一材料使用。富鋰錳基材料可以與現有的三元材料、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料進行混合使用，以降低電壓，從而加速其商業(yè)化應用。

鎳錳酸鋰為尖晶石結構，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。

五礦新能在固態(tài)電池領域的進展

五礦新能源材料（湖南）股份有限公司成立于2002年，專注于高效電池材料的研究、生產與銷售，是國內最早從事三元正極材料研發(fā)生產的企業(yè)之一，擁有鋰電多元材料前驅體和正極材料、磷酸鐵鋰正極材料完整產品體系。

近年來，五礦新能高度重視固態(tài)電池正極材料的研發(fā)和生產，作為固態(tài)電池產業(yè)鏈正極分鏈進入國資委組織搭建的“固態(tài)電池產業(yè)創(chuàng)新聯合體”，同時也是“湖南省固態(tài)電池技術創(chuàng)新與產業(yè)發(fā)展聯盟”成員單位，主要負責固態(tài)電池正極材料產業(yè)化工作。此外，作為固態(tài)電池材料開發(fā)核心單位，五礦新能承擔了多項國家、省部級科技專項，推動固態(tài)電池技術的研發(fā)和應用。五礦新能主導編制的行業(yè)標準《固態(tài)鋰離子電池正極材料》，已成功取得工業(yè)和信息化部“2024年第四批行業(yè)標準制修訂計劃”立項，并聯合廈鎢新能、北京當升、華友新能源、廣東邦普等固態(tài)電池正極材料行業(yè)頭部企業(yè)成立標準編制工作組，將共同制定適用于固態(tài)電池正極材料技術要求的標準。

產品研發(fā)方面，公司研發(fā)的超高鎳三元材料通過多家高端客戶的車用項目、無人機項目、載人飛行器項目測試，目前已實現小批量生產。公司固態(tài)電池正極材料與行業(yè)內主流電池企業(yè)均有緊密的技術合作，產品性能優(yōu)異，已有產品進入固態(tài)電池企業(yè)的供應體系。

企業(yè)合作方面，12月16日，五礦新能與中國科學技術大學馬騁教授科研團隊及其創(chuàng)立的合肥固寧紀元新能源科技有限公司簽署了《全固態(tài)電池用高鎳正極材料開發(fā)》及《全固態(tài)電池開發(fā)戰(zhàn)略合作協議書》合作。其中《全固態(tài)電池用高鎳正極材料開發(fā)》合同約定，將在未來2年內共同開發(fā)適配全固態(tài)電池的先進正極材料，采取技術共享、聯合研發(fā)、產業(yè)鏈協同等多元化合作方式，共同推動全固態(tài)電池領域的技術創(chuàng)新與發(fā)展。

針對固態(tài)電池相關的技術、材料、市場及產業(yè)等方面的問題，中國粉體網將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態(tài)電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會。為致力于固態(tài)電池技術開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，助推固態(tài)電池產業(yè)化發(fā)展。屆時，來自五礦新能源材料（湖南）股份有限公司技術研究院的先進材料研發(fā)經理白立雄將作題為《固態(tài)電池用正極材料開發(fā)現狀》的報告。

在科技與產業(yè)深度融合的浪潮中，固態(tài)電池作為下一代動力電池的前沿技術，正以其卓越的性能和廣闊的應用前景，成為全球能源領域的焦點，從理論層面看，固態(tài)電池憑借其獨特的結構和特性在安全性、能量密度以及循環(huán)性能等方面展現出顯著優(yōu)勢，這一技術的突破不僅為新能源汽車的發(fā)展提供強大動力支持，也為能源存儲和轉換領域帶來新機遇；然而，在實際開發(fā)過程中固態(tài)電池面臨諸多挑戰(zhàn)，界面阻抗大、成本高、離子電導率低等問題成為制約固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸，解決這些問題需要從材料、工藝、系統設計等多個方面進行深入研究和創(chuàng)新；固態(tài)電池系統的不成熟對相關輔材開發(fā)提出更高要求，正極材料作為固態(tài)電池核心組成部分，其性能直接影響電池整體性能，目前正極材料開發(fā)面臨設計目標不明確、評測穩(wěn)定性差、關鍵性能受電解質性能制約等問題，解決這些問題需要深入理解固態(tài)電池體系，加強跨學科合作與研究，本報告將通過對固態(tài)電池體系的深入研究，全面闡述當前固態(tài)電池用正極材料開發(fā)面臨的問題與挑戰(zhàn)，將以嚴謹的態(tài)度和創(chuàng)新的思維探索解決方案，推動固態(tài)電池技術不斷進步。

專家簡介：

白立雄，北京科技大學博士，中南大學博士后。目前在五礦新能主要負責電池正極先進材料開發(fā)，包含鈉電正極、固態(tài)正極、富鋰錳、鎳錳尖晶石、補鋰等領域。從事固態(tài)方向研究工作10年，包含多種固體電解質開發(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)電池數據庫搭建。作為企業(yè)牽頭人申報國家級、省部級項目，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)電池產業(yè)化進程。曾主導高鎳產品開發(fā)與產業(yè)化推進，制定多項先進材料行業(yè)級標準。

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、五礦新能公告、長沙高新區(qū)上市公司發(fā)展促進會等

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