相較于目前業(yè)內趨之若鶩的高鎳三元電池和全固態(tài)鋰電池，被寄予厚望的富鋰錳基電池領(lǐng)域則一直顯得不溫不火。

前途光明的富鋰錳基正極材料

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

同時(shí)，從目前的技術(shù)來(lái)看，通過(guò)降低電芯中非活性物質(zhì)的質(zhì)量比來(lái)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(shí)／克以上，幾乎是目前已商業(yè)化正極材料實(shí)際容量的兩倍左右；同時(shí)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(dòng)力電池的理想之選，是鋰電池突破400瓦時(shí)／公斤，甚至500瓦時(shí)／公斤的技術(shù)關(guān)鍵。

日前，中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )執行副理事長(cháng)歐陽(yáng)明高在一場(chǎng)“熱點(diǎn)問(wèn)題交流會(huì )”上表示，就國內動(dòng)力電池主要技術(shù)的進(jìn)展來(lái)看，2020年動(dòng)力電池單體300瓦時(shí)／公斤的目標是可以做到的。“到2025年，我們希望沖擊400瓦時(shí)／公斤的目標，這時(shí)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(chē)重點(diǎn)專(zhuān)項取得突破性進(jìn)展的是高容量富鋰錳基正極材料。”歐陽(yáng)明高說(shuō)道。

道路曲折的富鋰錳基動(dòng)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(shí)際應用于鋰動(dòng)力電池，必須解決以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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(guò)程的電壓衰減。目前解決這種材料問(wèn)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(méi)有萬(wàn)全之策。也因此，有業(yè)內人士甚至預測，實(shí)現富鋰錳基動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化應用并不現實(shí)。

可以看見(jiàn)，前景雖美好，但是富鋰錳基動(dòng)力電池距離實(shí)際應用還有很遠的路要走。但電池中國網(wǎng)也了解到，國內對富鋰錳基材料的研究自2010年開(kāi)始升溫以來(lái)，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(gè)科研單位承擔了該前沿基礎項目。一個(gè)是物理所，通過(guò)表面改性使得富鋰錳基正極的電壓衰減問(wèn)題得到了較好的解決，充放循環(huán)100周后衰減控制在2％以?xún)?，應該說(shuō)這是一個(gè)重大的進(jìn)展。另外一個(gè)是北京大學(xué)的團隊，首次研制出了克容量400毫安時(shí)／克的富鋰錳基正極材料，這對于實(shí)現400瓦時(shí)／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(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )2017年調研情況來(lái)看，包括遨優(yōu)動(dòng)力、中航鋰電等多家企業(yè)均有富鋰錳基動(dòng)力電池領(lǐng)域的規劃布局。

當升科技的“一種鋰離子電池富鋰Mn基正極材料前驅體的制備方法”于2017年9月獲得國家發(fā)明專(zhuān)利。據了解，該發(fā)明通過(guò)共沉淀法制備出密度和球形度高、流動(dòng)性好的富鋰錳基正極材料前驅體，且產(chǎn)量高，工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好，有助于實(shí)現富鋰錳基正極材料的大批量生產(chǎn)。但該發(fā)明專(zhuān)利目前尚未應用于當升科技的實(shí)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(jìn)，制造工藝已申請專(zhuān)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(zhuān)利。

而遨優(yōu)動(dòng)力已經(jīng)走在了行業(yè)前列。2017年12月，遨優(yōu)動(dòng)力宣布，公司研發(fā)團隊經(jīng)過(guò)8年的潛心研發(fā)，通過(guò)材料納米化和碳層包覆技術(shù)，在電池制作過(guò)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(dòng)力電池。據遨優(yōu)動(dòng)力總經(jīng)理陳光森博士介紹，目前已經(jīng)可以穩定量產(chǎn)的富鋰錳基動(dòng)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(shí)具備高電壓、高容量?jì)?yōu)勢，且成本比三元材料低，隨著(zhù)未來(lái)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(dòng)力電池成為未來(lái)高比能鋰動(dòng)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(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化走得更快、更穩。