中國粉體網(wǎng)訊  固態(tài)電池技術(shù)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(yīng)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(dá)到215mAh/g左右，與石墨負(fù)極搭檔時(shí)，平均電壓穩(wěn)定在3.62V左右。隨著固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高鎳、超高鎳材料應(yīng)用正被加速導(dǎo)入，助力電池能量密度突破350Wh/kg，向400Wh/kg及以上進(jìn)發(fā)。

富鋰錳基被業(yè)內(nèi)一致認(rèn)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(dá)320mAh/g，電壓平臺3.7V-4.6V，均顯著高于傳統(tǒng)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(dǎo)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(zhì)界面副反應(yīng)嚴(yán)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(diǎn)，短期內(nèi)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(xiàn)有的三元材料、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料進(jìn)行混合使用，以降低電壓，從而加速其商業(yè)化應(yīng)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(kuò)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(dá)4.7V，使比能量超越635Wh/kg，接近三元，遠(yuǎn)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(diǎn)在于材料電壓平臺過高而導(dǎo)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(fù)合等路徑解決。

五礦新能在固態(tài)電池領(lǐng)域的進(jìn)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(chǎn)與銷售，是國內(nèi)最早從事三元正極材料研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)之一，擁有鋰電多元材料前驅(qū)體和正極材料、磷酸鐵鋰正極材料完整產(chǎn)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(chǎn)，作為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈正極分鏈進(jìn)入國資委組織搭建的“固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體”，同時(shí)也是“湖南省固態(tài)電池技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟”成員單位，主要負(fù)責(zé)固態(tài)電池正極材料產(chǎn)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(dān)了多項(xiàng)國家、省部級科技專項(xiàng)，推動固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。五礦新能主導(dǎo)編制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃”立項(xiàng)，并聯(lián)合廈鎢新能、北京當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)編制工作組，將共同制定適用于固態(tài)電池正極材料技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

產(chǎn)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(xiàng)目、無人機(jī)項(xiàng)目、載人飛行器項(xiàng)目測試，目前已實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。公司固態(tài)電池正極材料與行業(yè)內(nèi)主流電池企業(yè)均有緊密的技術(shù)合作，產(chǎn)品性能優(yōu)異，已有產(chǎn)品進(jìn)入固態(tài)電池企業(yè)的供應(yīng)體系。

企業(yè)合作方面，12月16日，五礦新能與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授科研團(tuán)隊(duì)及其創(chuàng)立的合肥固寧紀(jì)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(xié)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(nèi)共同開發(fā)適配全固態(tài)電池的先進(jìn)正極材料，采取技術(shù)共享、聯(lián)合研發(fā)、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同等多元化合作方式，共同推動全固態(tài)電池領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展。

針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)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(shù)交流大會暨第一屆干法電極技術(shù)研討會。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費(fèi)電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，助推固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。屆時(shí)，來自五礦新能源材料（湖南）股份有限公司技術(shù)研究院的先進(jìn)材料研發(fā)經(jīng)理白立雄將作題為《固態(tài)電池用正極材料開發(fā)現(xiàn)狀》的報(bào)告。

在科技與產(chǎn)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(shù)，正以其卓越的性能和廣闊的應(yīng)用前景，成為全球能源領(lǐng)域的焦點(diǎn)，從理論層面看，固態(tài)電池憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性在安全性、能量密度以及循環(huán)性能等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，這一技術(shù)的突破不僅為新能源汽車的發(fā)展提供強(qiáng)大動力支持，也為能源存儲和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域帶來新機(jī)遇；然而，在實(shí)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(dǎo)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(tǒng)設(shè)計(jì)等多個方面進(jìn)行深入研究和創(chuàng)新；固態(tài)電池系統(tǒng)的不成熟對相關(guān)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(shè)計(jì)目標(biāo)不明確、評測穩(wěn)定性差、關(guān)鍵性能受電解質(zhì)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(qiáng)跨學(xué)科合作與研究，本報(bào)告將通過對固態(tài)電池體系的深入研究，全面闡述當(dāng)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(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和創(chuàng)新的思維探索解決方案，推動固態(tài)電池技術(shù)不斷進(jìn)步。

專家簡介：

白立雄，北京科技大學(xué)博士，中南大學(xué)博士后。目前在五礦新能主要負(fù)責(zé)電池正極先進(jìn)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(bǔ)鋰等領(lǐng)域。從事固態(tài)方向研究工作10年，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?cái)?shù)據(jù)庫搭建。作為企業(yè)牽頭人申報(bào)國家級、省部級項(xiàng)目，負(fù)責(zé)與多家車企、科研院所合作開發(fā)固態(tài)電池正極材料項(xiàng)目，推進(jìn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。曾主導(dǎo)高鎳產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，制定多項(xiàng)先進(jìn)材料行業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)。

參考來源：

1、李泓、陳立泉《固態(tài)電池關(guān)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(jìn)會等

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

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