富鋰錳基動力電池：未來鋰電發(fā)展主流？

　　前途光明的富鋰錳基正極材料

　　電動汽車是解決能源和環(huán)境問題的新型戰(zhàn)略產(chǎn)品，但目前電動汽車仍面臨續(xù)航里程短、成本偏高和安全性有所欠缺等問題，嚴重制約了電動汽車的大規(guī)模推廣應用。因而，研究開發(fā)新一代300-400Wh/kg動力鋰電池，是未來鋰電材料及技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

　　同時，從目前的技術(shù)來看，通過降低電芯中非活性物質(zhì)的質(zhì)量比來提高電池的能量密度，幾乎已經(jīng)達到了技術(shù)的極限，采用具有更高能量密度的正負極材料是提高電池能量密度更為有效的技術(shù)途徑。

　　我們知道，設(shè)計電池的第一準則是容量匹配，也就是正負極的容量要匹配。而目前鋰離子電池的正極比容量很低，在電池中的質(zhì)量非常大(1克石墨負極材料要匹配2克以上正極材料);如果用硅碳負極，正極材料的匹配量更大。因此，行業(yè)對于新一代高容量正極材料的需求顯得尤為迫切。

　　在已知正極材料中，富鋰錳基正極材料放電比容量達250毫安時/克以上，幾乎是目前已商業(yè)化正極材料實際容量的兩倍左右;同時這種材料以較便宜的錳元素為主，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，不僅成本低，而且安全性好。因此，富鋰錳基正極材料被視為下一代鋰動力電池的理想之選，是鋰電池突破400瓦時/公斤，甚至500瓦時/公斤的技術(shù)關(guān)鍵。

　　日前，中國科學院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高在一場“熱點問題交流會”上表示，就國內(nèi)動力電池主要技術(shù)的進展來看，2020年動力電池單體300瓦時/公斤的目標是可以做到的?！暗?025年，我們希望沖擊400瓦時/公斤的目標，這時候要改變的是正極材料?？蛇x的正極材料有好幾種，目前新能源汽車重點專項取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料?！睔W陽明高說道。

　　道路曲折的富鋰錳基動力電池

　　雖然富鋰錳基正極材料具有放電比容量的絕對優(yōu)勢，但要將其實際應用于鋰動力電池，必須解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題：一是降低首次不可逆容量損失;二是提高倍率性能和循環(huán)壽命;三是抑制循環(huán)過程的電壓衰減。目前解決這種材料問題的手段很多：包覆、酸處理、摻雜、預循環(huán)、熱處理等方法，但是這些方法只能在某些方面提升材料的性能，還沒有萬全之策。也因此，有業(yè)內(nèi)人士甚至預測，實現(xiàn)富鋰錳基動力電池的產(chǎn)業(yè)化應用并不現(xiàn)實。

　　可以看見，前景雖美好，但是富鋰錳基動力電池距離實際應用還有很遠的路要走。但電池中國網(wǎng)也了解到，國內(nèi)對富鋰錳基材料的研究自2010年開始升溫以來，一些科研單位及電池企業(yè)的探索就從未停止。

　　目前有兩個科研單位承擔了該前沿基礎(chǔ)項目。一個是物理所，通過表面改性使得富鋰錳基正極的電壓衰減問題得到了較好的解決，充放循環(huán)100周后衰減控制在2%以內(nèi)，應該說這是一個重大的進展。另外一個是北京大學的團隊，首次研制出了克容量400毫安時/克的富鋰錳基正極材料，這對于實現(xiàn)400瓦時/公斤甚至更高的電池能量密度目標是大有裨益的，但目前循環(huán)性還不是很好。

　　在企業(yè)方面，從中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應用分會2017年調(diào)研情況來看，包括遨優(yōu)動力、中航鋰電等多家企業(yè)均有富鋰錳基動力電池領(lǐng)域的規(guī)劃布局。

　　當升科技的“一種鋰離子電池富鋰Mn基正極材料前驅(qū)體的制備方法”于2017年9月獲得國家發(fā)明專利。據(jù)了解，該發(fā)明通過共沉淀法制備出密度和球形度高、流動性好的富鋰錳基正極材料前驅(qū)體，且產(chǎn)量高，工藝簡單，環(huán)境友好，有助于實現(xiàn)富鋰錳基正極材料的大批量生產(chǎn)。但該發(fā)明專利目前尚未應用于當升科技的實際生產(chǎn)中。

　　此外，江特電機量產(chǎn)富鋰錳基正極材料，技術(shù)水平已達國際先進，制造工藝已申請專利;國軒高科也有一項富鋰錳基正極材料的制備方法發(fā)明專利。

　　而遨優(yōu)動力已經(jīng)走在了行業(yè)前列。2017年12月，遨優(yōu)動力宣布，公司研發(fā)團隊經(jīng)過8年的潛心研發(fā)，通過材料納米化和碳層包覆技術(shù)，在電池制作過程中使用多種復合導電劑(如石墨烯、碳納米管等高導電性物質(zhì))提高材料倍率性能，成功研發(fā)制備出富鋰錳基軟包裝動力電池。據(jù)遨優(yōu)動力總經(jīng)理陳光森博士介紹，目前已經(jīng)可以穩(wěn)定量產(chǎn)的富鋰錳基動力電池能量密度達200-220Wh/kg，預計2020年可達350Wh/kg。

　　筆者認為，從正極材料發(fā)展方向而言，富鋰錳基材料同時具備高電壓、高容量優(yōu)勢，且成本比三元材料低，隨著未來富鋰錳基正極材料的成熟，以及高電壓電解液等配套關(guān)鍵材料技術(shù)的突破，富鋰錳基動力電池成為未來高比能鋰動力電池的主流產(chǎn)品也未可知。需要注意的是，全產(chǎn)業(yè)鏈的緊密合作才能讓富鋰錳基動力電池產(chǎn)業(yè)化走得更快、更穩(wěn)。