固態(tài)電池進(jìn)展拉動正極材料體系迭代

無論是市場炒作的新故事概念，還是多年深耕后技術(shù)變革節(jié)點(diǎn)的到來，固態(tài)電池板塊已成為多方關(guān)注的焦點(diǎn)，并帶動上游材料端的迭代升級。

在固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)程中，固態(tài)電解質(zhì)是最為核心的研究方向，承擔(dān)起“顛覆性技術(shù)”的主要責(zé)任，而正負(fù)極正負(fù)極材料則向著高性能方向迭代。

其中負(fù)極材料方面，發(fā)展與應(yīng)用遵循著從石墨到硅碳，再到硅氧，最終邁向金屬鋰的清晰路徑。采用金屬鋰作為負(fù)極，有望提升電池40-50%的能量密度，為電池性能帶來顯著的改善。

正極方面相較于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池變化較小，材料體系可繼續(xù)沿用，關(guān)鍵則在于向著高比能、高能量密度的方向進(jìn)行革新。

由于固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的界面反應(yīng)時(shí)幾乎不存在電解液面對超過4V高電壓時(shí)開始分解的副反應(yīng)，能承受更高電壓（5V），因此可以在固態(tài)電池中使用具有較高電壓平臺的正極材料，通過提升工作電壓以獲得更高的能量密度。

當(dāng)前固態(tài)電池正極開發(fā)主要集中在高鎳三元、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等路線。其中，通過向錳酸鋰中摻入少量過渡金屬離子，形成的鎳錳酸鋰具有147mAh/g的理論容量和4.7V的電壓平臺，但循環(huán)性能上具備明顯劣勢。

目前市面上清陶能源、衛(wèi)藍(lán)新能源裝車交付的半固態(tài)電池，以及廣汽推出的全固態(tài)電池，則采用了高鎳三元技術(shù)路線。

在追求高性能的背景下，高鎳三元正極朝著9系超高鎳的方向發(fā)展。據(jù)了解，采用9系高鎳三元克容量發(fā)揮最高有望達(dá)到215mAh/g左右，配石墨負(fù)極其平均電壓將3.62V左右。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程上，容百科技、當(dāng)升科技、天力鋰能、長遠(yuǎn)鋰科等企業(yè)均表示已穩(wěn)定出貨且形成應(yīng)用。容百科技表示公司開發(fā)的多款適用于半/全固態(tài)電池的高鎳/超高鎳三元正極材料已導(dǎo)入多家客戶產(chǎn)品體系；

當(dāng)升科技的固態(tài)鋰電正極材料已在贛鋒鋰電、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶能源、輝能科技等公司固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)上車驗(yàn)證；天力鋰能表示公司研發(fā)的9系高鎳產(chǎn)品目前在固態(tài)電池的頭部公司完成了小試及中試測試，搭配固態(tài)及半固態(tài)電池體系電池包能量密度≥400wh/kg。

而太藍(lán)新能源研發(fā)出的能量密度720Wh/kg全固態(tài)鋰金屬電池正極則采用了富鋰錳基材料。

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。

產(chǎn)業(yè)布局上，寧德時(shí)代、中創(chuàng)新航、蜂巢能源、國軒高科、孚能科技均將富鋰錳基作為重要的材料研發(fā)方向；杉杉科技、容百科技、寧夏漢堯、當(dāng)升科技接連開啟富鋰錳基產(chǎn)業(yè)化送樣與量產(chǎn)；格林美、華友鈷業(yè)也表示正大力推進(jìn)富鋰錳基材料研發(fā)。

值得注意的是，目前正極材料在固態(tài)電池的應(yīng)用中還存在體積效應(yīng)以及生成復(fù)雜界面膜等諸多問題。首先是體積效應(yīng)，在正極活性材料脫鋰或嵌鋰過程中，其晶胞參數(shù)將不可避免地發(fā)生縮小或擴(kuò)大，造成材料顆粒體積形變，進(jìn)而導(dǎo)致電池電化學(xué)性能的衰減。

其次，固體電解質(zhì)還會在與正極接觸的界面處反應(yīng)生成復(fù)雜的界面膜增加電荷轉(zhuǎn)移阻抗。