2024年以來，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化取得積極進展，除半固態(tài)電池陸續(xù)裝車外，全固態(tài)電池研發(fā)進展亦在加速。4月12日，昊鉑30Ah大容量全固態(tài)電芯已完成研發(fā)，其體積能量密度和質(zhì)量能量密度雙雙提升超50%，其正極能量密度更是高達400Wh/Kg;4月2日，太藍新能源成功制備出能量密度高達720Wh/kg世界首塊車規(guī)級全固態(tài)鋰金屬電池。其中，太藍新能源全固態(tài)電池正極采用了高克容量、長循環(huán)富鋰錳基材料。而正極材料是直接決定電池能量密度及安全性的關(guān)鍵材料，在固態(tài)電池能量密度不斷刷出新高的當下，未來哪些正極材料將是高能量密度固態(tài)電池的選擇呢？

當前固態(tài)電池正極開發(fā)主要集中在高鎳三元正極、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等路線。其中，富鋰錳基因其高電壓和高放電比容量的先天優(yōu)勢，能夠給出300Wh以上的量，是目前所有的鋰離子電池材料中能量密度最高的一種正極材料，并被視為下一代高能密度鋰離子固態(tài)電池的理想選擇。

表2  正極產(chǎn)品性能對比

01、富鋰錳基：高能量密度、成本低、充放電倍率佳，是固態(tài)電池理想正極材料

富鋰錳基材料由于具備高能量密度、理論成本低、高電壓下充放電倍率佳，是下一代高能密度鋰離子電池理想正極材料。具體來看，

由于具備放電容量超過250mAh g-1的性能，富鋰錳基材料被作為固態(tài)電池正極材料的重點技術(shù)路線，被廣泛關(guān)注。成本方面，富鋰錳基材料以較便宜的錳元素為主，Co、Ni等貴重金屬含量少，與常用的鈷酸鋰和鎳鈷錳三元系正極材料相比，不僅成本更低，而且安全性更好。在充放電倍率上，富鋰錳基高電壓表現(xiàn)優(yōu)異，其額定幅度可穩(wěn)定保持在3.7V以上，顯著高于現(xiàn)有的三元和鐵鋰主流材料體系，能夠匹配固態(tài)電池的高壓（>4.5V），也給鋰電池帶來良好的補能體驗。整體來看，不論是能量密度、快充性能還是降本潛力，富鋰錳基均具有廣闊的應(yīng)用場景。不過，當前富鋰錳基材料存在首次庫侖效率低、倍率性能差、循環(huán)壽命低、電壓衰減嚴重和安全性難以掌控等問題，其產(chǎn)業(yè)化面臨仍面臨一定的技術(shù)挑戰(zhàn)。

表3  富鋰錳基正極材料主要特點

02、富鋰錳基正極處于產(chǎn)業(yè)化初期：萬噸級小規(guī)模試產(chǎn)

目前，富鋰錳基已在小動力、儲能、數(shù)碼等領(lǐng)域的鋰電池實現(xiàn)應(yīng)用，并向動力領(lǐng)域的滲透提速。具體來看，當前富鋰錳基材料在低電壓平臺下（4.2V）與錳酸理復(fù)合使用，可以彌補錳酸鋰高溫儲存性能差和循環(huán)性能差的缺點，同時保持低成本；在中電壓平臺下（4.3V-4.4V）與磷酸鐵鋰/磷酸錳鐵鋰復(fù)合使用，提升循環(huán)性能。同時，其作為補鋰劑，目前主要用于錳酸鋰電池的補鋰，可以大幅度延長錳酸鋰電池的壽命。而其在高電壓平臺下（>4.5V）直接用作正極材料是未來富鋰錳基正極材料的主要方向，但目前尚處于產(chǎn)業(yè)化初期。

富鋰錳基材料在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)布局上，寧德時代、億緯鋰能等電池龍頭企業(yè)紛紛將富鋰錳基材料作為重要的材料研發(fā)方向。材料企業(yè)方面，寧夏漢堯、當升科技、容百科技等接連開啟富鋰錳基產(chǎn)業(yè)化送樣與量產(chǎn)。其中，寧夏漢堯于2023年4月，其10萬噸/年的富鋰錳基正極材料產(chǎn)能一期1萬噸富鋰錳基前驅(qū)體項目已進行試生產(chǎn)；當升科技新型富鋰錳基產(chǎn)品目前已向國內(nèi)外多家頭部電池客戶實現(xiàn)百公斤級出貨，富鋰錳基動力產(chǎn)品實現(xiàn)250-255mAh/g (0.1C,2.0-4.6V)，戶方面，供應(yīng)衛(wèi)藍+清陶2.5~3萬噸，公司與清陶簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，擬在2022~2025年向當升科技采購總量不低于3萬噸固態(tài)鋰電正極材料；容百科技低鈷長循環(huán)富鋰錳基正極材料開發(fā)處于中試階段，公司計劃在2024年完成富鋰錳基正極材料試量產(chǎn)。

表4  國內(nèi)企業(yè)在富鋰錳基材料的布局進展

03、企業(yè)、高校積極布局富鋰錳基專利及研發(fā)

企業(yè)在推動富鋰錳基材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的同時，也在積極布局富鋰錳基材料專利。寧德時代和億緯鋰能先后公布“改性富鋰錳基材料、富鋰錳基材料的改性方法、二次電池及用電裝置”和“一種摻雜的富鋰錳基材料及其制備方法與用途”，對提升富鋰錳基材料性能和規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。在材料端，包括當升科技、容百科技、格林美、巴斯夫杉杉等多家企業(yè)已經(jīng)提前布局。早在2022年7月，當升科技就表示，經(jīng)過多年技術(shù)公關(guān)，公司系統(tǒng)解決了能效、首效、倍率、壓降、壽命等7大關(guān)鍵技術(shù)問題，推出了高性能富錳正極材料，大大加快了新一代高容量錳基材料的商業(yè)化進程。高校研發(fā)方面，目前國內(nèi)外高達數(shù)十家高校紛紛投身富鋰錳基材料的研發(fā)。國內(nèi)方面，自2011年我國科技部和國家基金開始支持富鋰錳基研究，國內(nèi)多家高校紛紛入局富鋰材料的科技研發(fā)，其中，中國科學(xué)院旗下化學(xué)所、物理所、寧波材料所郭玉國研究員、王兆翔研究員、劉兆平教授團隊等均在積極攻關(guān)富鋰材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)難題。

表5  富鋰錳基專利情況

表6  富鋰錳基高校團隊

綜合來看，在目前的動力鋰電池正極材料中，富鋰錳基作為新一代的鋰電池正極材料，未來極具發(fā)展?jié)摿?。隨著現(xiàn)有瓶頸問題的逐步解決，富鋰錳基正極材料有望快速推進商業(yè)化。