固態(tài)電池進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變革節(jié)點的到來，固態(tài)電池板塊已成為多方關注的焦點，并帶動上游材料端的迭代升級。

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

其中負極材料方面，發(fā)展與應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，關鍵則在于向著高比能、高能量密度的方向進行革新。

由于固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的界面反應時幾乎不存在電解液面對超過4V高電壓時開始分解的副反應，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)揮最高有望達到215mAh/g左右，配石墨負極其平均電壓將3.62V左右。

產(chǎn)業(yè)化進程上，容百科技、當升科技、天力鋰能、長遠鋰科等企業(yè)均表示已穩(wěn)定出貨且形成應用。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入多家客戶產(chǎn)品體系；

當升科技的固態(tài)鋰電正極材料已在贛鋒鋰電、衛(wèi)藍新能源、清陶能源、輝能科技等公司固態(tài)電池實現(xiàn)上車驗證；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)電池的應用中還存在體積效應以及生成復雜界面膜等諸多問題。首先是體積效應，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)生縮小或擴大，造成材料顆粒體積形變，進而導致電池電化學性能的衰減。

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