在全球新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)“更高能量密度" 的迫切需求下，鋰電池正極材料正朝著 “突破現(xiàn)有性能天花板" 的方向加速迭代。其中，富鋰錳基正極材料（Li-rich Mn-based cathode materials，簡(jiǎn)稱(chēng) LRM）憑借 “超高理論能量密度、低鈷無(wú)鎳潛力" 的優(yōu)勢(shì)，成為下一代高能量密度鋰電池的核心候選材料之一。與三元材料（NCM/NCA）、磷酸鐵鋰（LFP）等主流材料相比，富鋰錳基材料的理論能量密度可達(dá) 900-1000 Wh/kg，實(shí)際商業(yè)化產(chǎn)品能量密度已突破 400 Wh/kg，遠(yuǎn)超三元材料 NCM811 的 300+ Wh/kg，有望支撐電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程邁向 1000 公里以上。2024 年，全球富鋰錳基正極材料研發(fā)投入超 15 億美元，中試產(chǎn)能達(dá) 5000 噸，雖尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，但已成為寧德時(shí)代、LG 新能源、松下等頭部企業(yè)的重點(diǎn)布局方向。本文將從定義、特性、發(fā)展歷程、制備工藝、挑戰(zhàn)突破與未來(lái)趨勢(shì)等維度，全面解析富鋰錳基正極材料的技術(shù)內(nèi)核與產(chǎn)業(yè)前景。

一、富鋰錳基正極材料的定義與晶體結(jié)構(gòu)：層狀 - 尖晶石復(fù)合結(jié)構(gòu)的 “能量密碼"

富鋰錳基正極材料是一類(lèi)以“鋰過(guò)量、錳為主" 為核心特征的固溶體材料，化學(xué)通式通常表示為 xLi?MnO??(1-x) LiMO?（其中 M 為 Ni、Co、Mn 等過(guò)渡金屬，0.5＜x＜0.8），本質(zhì)是 Li?MnO?（層狀結(jié)構(gòu)）與 LiMO?（層狀結(jié)構(gòu)，如 LiNi?.??Co?.??Mn?.??O?）的復(fù)合體系。“層狀 - 尖晶石復(fù)合晶體結(jié)構(gòu)"，是實(shí)現(xiàn)超高能量密度的關(guān)鍵。

1. 晶體結(jié)構(gòu)的 “雙重特性"

•層狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：

?Li?MnO? 相為 monoclinic 層狀結(jié)構(gòu)（空間群 C2/m），Li?與 Mn??分別占據(jù)不同的八面體間隙，形成 “Li-O-Li" 與 “Li-O-Mn" 交替堆疊的層狀骨架，該相本身不直接參與鋰離子脫嵌，但在充電過(guò)程中（電壓＞4.5V）會(huì)發(fā)生 “氧釋放" 反應(yīng)（Li?MnO? → 2Li? + 2e? + MnO? + 0.5O?↑），提供額外的電子容量；

?LiMO? 相為 α-NaFeO? 型層狀結(jié)構(gòu)（空間群 R-3m），Li?位于過(guò)渡金屬層（M-O 層）之間的八面體間隙，充放電過(guò)程中通過(guò) M2?/M3?/M??（如 Ni2?/Ni3?/Ni??、Co3?/Co??）的可逆氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)鋰離子脫嵌，提供主要的容量貢獻(xiàn)；

•復(fù)合結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)：

?協(xié)同提升容量：Li?MnO? 相的氧氧化還原反應(yīng)（提供額外容量）與 LiMO? 相的過(guò)渡金屬氧化還原反應(yīng)（提供基礎(chǔ)容量）協(xié)同作用，使富鋰錳基材料的理論克容量達(dá) 250-300 mAh/g（遠(yuǎn)高于三元材料 NCM811 的 200-220 mAh/g）；

?結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)：Li?MnO? 相中的 Mn??可抑制過(guò)渡金屬離子的遷移與溶解，同時(shí)在充放電過(guò)程中，部分層狀結(jié)構(gòu)會(huì)轉(zhuǎn)化為尖晶石結(jié)構(gòu)（如 LiMn?O?），形成 “層狀 - 尖晶石" 混合結(jié)構(gòu)，減少體積變化（體積膨脹率約 5-8%，低于三元材料的 10%），提升循環(huán)穩(wěn)定性。

2. 核心性能參數(shù)的 “突破優(yōu)勢(shì)"

•能量密度：理論能量密度 900-1000 Wh/kg，實(shí)際中試產(chǎn)品克容量達(dá) 220-250 mAh/g，電池系統(tǒng)能量密度 400-450 Wh/kg（適配 1000 公里續(xù)航電動(dòng)汽車(chē)）；

•電壓平臺(tái)：呈現(xiàn)“雙電壓平臺(tái)" 特征 —— 低電壓平臺(tái)（3.0-3.8V）對(duì)應(yīng)過(guò)渡金屬離子（Ni2?/Ni3?/Ni??、Co3?/Co??）的氧化還原反應(yīng)，高電壓平臺(tái)（4.5-4.8V）對(duì)應(yīng) Li?MnO? 相的氧氧化還原反應(yīng)，平均電壓約 3.8-4.0V；

•成本潛力：錳含量占比超 50%（部分配方達(dá) 70%），鈷含量可低至 0-5%（甚至無(wú)鈷），鎳含量 10-20%，原材料成本較三元材料 NCM811 降低 30-40%，具備 “低成本高能量" 的雙重潛力。

二、富鋰錳基正極材料的核心特性：高能量密度與低成本的“雙重潛力"

富鋰錳基材料的核心競(jìng)爭(zhēng)力在于“突破能量密度天花板" 與 “降低貴金屬依賴(lài)"，同時(shí)也存在 “電壓衰減、first效率低" 等顯著短板，使其處于 “研發(fā)突破期" 向 “商業(yè)化過(guò)渡期" 的關(guān)鍵階段。

1. 優(yōu)勢(shì)特性：契合下一代高能量密度需求

（1）超高能量密度：突破現(xiàn)有性能瓶頸

•容量?jī)?yōu)勢(shì)顯著：實(shí)際克容量達(dá) 220-250 mAh/g，是三元材料 NCM811 的 1.2-1.3 倍、磷酸鐵鋰的 1.5-1.7 倍；搭載富鋰錳基材料的動(dòng)力電池，系統(tǒng)能量密度可達(dá) 400-450 Wh/kg，較 NCM811 電池提升 30-50%，可使電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程從 700 公里提升至 1000 公里以上；

•高電壓貢獻(xiàn)：4.5-4.8V 的高電壓平臺(tái)（高于三元材料的 3.6-3.8V），進(jìn)一步提升能量密度（能量密度 = 容量 × 電壓），相同容量下，富鋰錳基電池的能量密度較三元材料高 15-20%。

（2）低成本潛力：低鈷無(wú)鎳方向明確

•原材料成本低：錳含量占比 50-70%（錳礦石價(jià)格約 0.05 萬(wàn)美元 / 噸），鈷含量可低至 0-5%（遠(yuǎn)低于三元材料 NCM811 的 10%），鎳含量 10-20%（低于 NCM811 的 80%），原材料成本較 NCM811 降低 30-40%；

•無(wú)鈷化可行：通過(guò)優(yōu)化過(guò)渡金屬配比（如 Li?.?Ni?.?Mn?.?O?），可實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷，規(guī)避鈷資源稀缺（全球儲(chǔ)量?jī)H 710 萬(wàn)噸）與價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)（2021 年鈷價(jià)暴漲 50%），無(wú)鈷富鋰錳基材料成本較 NCM811 降低 50% 以上。

（3）熱穩(wěn)定性較好：安全性能優(yōu)于高鎳三元

•高溫分解溫度高：富鋰錳基材料的熱分解溫度約 350-400℃，高于高鎳三元材料 NCM811 的 200-230℃；在 200℃高溫存儲(chǔ)試驗(yàn)中，容量保持率達(dá) 85-90%（NCM811 僅 70-75%）；

•氧釋放可控：盡管充電過(guò)程中會(huì)釋放少量氧氣，但 Li?MnO? 相的氧釋放速率較慢（100℃下氧釋放量＜5%），且部分氧氣會(huì)與電解液反應(yīng)形成穩(wěn)定的 SEI 膜，減少熱失控風(fēng)險(xiǎn)（針刺測(cè)試起火概率約 30%，低于 NCM811 的 60%）。

2. 局限性：制約商業(yè)化的 “核心痛點(diǎn)"

（1）電壓衰減嚴(yán)重：容量與電壓的 “雙重?fù)p失"

•電壓平臺(tái)持續(xù)下降：充放電循環(huán)過(guò)程中，Li?MnO? 相的層狀結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致高電壓平臺(tái)（4.5-4.8V）消失，平均放電電壓每循環(huán) 100 次下降 0.1-0.2V（循環(huán) 500 次后電壓下降 0.5-1.0V），雖容量保持率可達(dá) 80%，但實(shí)際能量密度衰減超 30%（如初始能量密度 400 Wh/kg，循環(huán) 500 次后降至 280 Wh/kg）；

•衰減機(jī)制復(fù)雜：主要源于“氧空位形成"（氧釋放導(dǎo)致）、“過(guò)渡金屬離子遷移"（Ni2?、Mn3?遷移至 Li?層）、“SEI 膜不穩(wěn)定"（高電壓下電解液持續(xù)分解）三大因素，目前尚未找到解決辦法。

（2）first循環(huán)效率低：能量損失顯著

•first庫(kù)倫效率低：常規(guī)富鋰錳基材料的first庫(kù)倫效率僅 70-80%（三元材料 NCM811 可達(dá) 90-95%），意味著first充電過(guò)程中 20-30% 的電能無(wú)法轉(zhuǎn)化為可用容量，主要原因是 Li?MnO? 相活化過(guò)程中發(fā)生不可逆的氧釋放與電解液分解；

•能量損失大：first循環(huán)不可逆容量達(dá) 50-80 mAh/g，需通過(guò) “預(yù)鋰化" 等技術(shù)補(bǔ)償，增加了電池制備成本與工藝復(fù)雜度。

（3）倍率性能差：高功率應(yīng)用受限

•離子擴(kuò)散速率慢：Li?在層狀 - 尖晶石復(fù)合結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散系數(shù)約 10?11-10?1? cm2/s，僅為三元材料 NCM811 的 1/10-1/100，導(dǎo)致倍率性能差（1C 充放電容量保持率僅 70-80%，5C 下降至 50-60%），無(wú)法滿足電動(dòng)汽車(chē)快充需求（通常要求 1.5C 以上）；

•電子導(dǎo)電性低：本征電子電導(dǎo)率約 10?1?-10?? S/cm，遠(yuǎn)低于三元材料的 10??-10?? S/cm，需添加大量導(dǎo)電劑（如炭黑、石墨烯），但過(guò)多導(dǎo)電劑會(huì)降低電極活性物質(zhì)占比，反而影響能量密度。

（4）制備工藝復(fù)雜：規(guī)?；y度大

•前驅(qū)體均勻性要求高：Li?MnO? 與 LiMO? 需形成均勻的固溶體，若混合不均，會(huì)導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)差異，加劇電壓衰減；

•燒結(jié)工藝敏感：燒結(jié)溫度、氣氛（氧氣分壓）、升溫速率對(duì)材料性能影響顯著（如溫度偏差 50℃，容量差異可達(dá) 20 mAh/g），行業(yè)平均良率僅 80-85%（低于三元材料的 92%），規(guī)?；a(chǎn)難度大。

二、富鋰錳基正極材料的發(fā)展歷程：從“實(shí)驗(yàn)室研發(fā)" 到 “中試攻堅(jiān)"

富鋰錳基材料的發(fā)展始于 21 世紀(jì)初，經(jīng)歷了 “基礎(chǔ)研究 - 性能優(yōu)化 - 中試驗(yàn)證" 三個(gè)階段，目前正處于 “突破商業(yè)化瓶頸" 的關(guān)鍵時(shí)期。

1. 基礎(chǔ)研究階段（2000-2010 年）：發(fā)現(xiàn)超高容量特性

•2001 年：美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室first報(bào)道 Li?MnO? 與 LiNiO? 的固溶體材料，發(fā)現(xiàn)其在高電壓下（＞4.5V）具有超高容量（＞200 mAh/g），開(kāi)啟富鋰錳基材料研究熱潮；

•2005 年：日本東京大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò) Ni、Co 摻雜（如 Li?.?Ni?.??Co?.??Mn?.??O?），提升材料循環(huán)穩(wěn)定性，first實(shí)現(xiàn) 100 次循環(huán)后容量保持率 85%，但電壓衰減問(wèn)題初現(xiàn)；

•2008 年：中國(guó)科學(xué)院物理研究所研發(fā)出“碳包覆富鋰錳基材料"，電子導(dǎo)電性提升 100 倍，倍率性能（1C 容量保持率）從 50% 提升至 70%，為后續(xù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；

•2010 年：全球富鋰錳基材料相關(guān)論文發(fā)表量突破 100 篇，核心研究集中在 “結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)" 與 “容量提升"，尚未關(guān)注電壓衰減等商業(yè)化痛點(diǎn)。

2. 性能優(yōu)化階段（2011-2020 年）：聚焦核心痛點(diǎn)突破

•2013 年：韓國(guó)延世大學(xué)通過(guò)“Al 離子摻雜"（摻雜量 2%），抑制過(guò)渡金屬離子遷移，使富鋰錳基材料循環(huán) 200 次后電壓衰減從 0.4V 降至 0.2V，first緩解電壓衰減問(wèn)題；

•2016 年：寧德時(shí)代研發(fā)“表面包覆 + 單晶化" 技術(shù)，采用 LiAlO? 包覆（厚度 3-5nm）與單晶顆粒（粒徑 5-10μm），循環(huán) 300 次后容量保持率達(dá) 85%，電壓衰減 0.3V，中試產(chǎn)品能量密度突破 350 Wh/kg；

•2018 年：LG 新能源開(kāi)發(fā) “預(yù)鋰化富鋰錳基材料"，通過(guò)在負(fù)極添加金屬鋰粉，補(bǔ)償first不可逆容量，first庫(kù)倫效率從 75% 提升至 90%，解決能量損失問(wèn)題；

•2020 年：全球富鋰錳基材料中試產(chǎn)能達(dá) 1000 噸，主要用于無(wú)人機(jī)、特種車(chē)輛等小眾場(chǎng)景，驗(yàn)證了其高能量密度優(yōu)勢(shì)，但循環(huán)壽命（＜500 次）仍無(wú)法滿足電動(dòng)汽車(chē)需求。

3. 中試攻堅(jiān)階段（2021 年至今）：邁向規(guī)模化前夜

•2021 年：中國(guó)“十四五" 新能源規(guī)劃將富鋰錳基材料列為 “重點(diǎn)研發(fā)方向"，補(bǔ)貼研發(fā)投入超 5 億元，推動(dòng)頭部企業(yè)加速中試；

•2023 年：寧德時(shí)代建成 3000 噸富鋰錳基材料中試線，產(chǎn)品循環(huán)壽命突破 800 次（1C 充放電），電壓衰減 0.4V，系統(tǒng)能量密度達(dá) 420 Wh/kg，開(kāi)始與車(chē)企合作進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)試裝（續(xù)航里程 900 公里）；

•2024 年：LG 新能源、松下分別宣布建設(shè) 2000 噸、1500 噸中試線，目標(biāo) 2026 年實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸級(jí)量產(chǎn)，富鋰錳基材料全球研發(fā)投入超 15 億美元，商業(yè)化進(jìn)程加速。

三、富鋰錳基正極材料的制備工藝：溶膠 - 凝膠法與共沉淀法為主

富鋰錳基材料的制備工藝核心是“實(shí)現(xiàn) Li?MnO? 與 LiMO? 的均勻固溶"，主流工藝為溶膠 - 凝膠法（實(shí)驗(yàn)室研發(fā)為主）與共沉淀法（中試量產(chǎn)為主），兩種工藝在均勻性、成本、規(guī)?；瘽摿ι洗嬖陲@著差異。

1. 溶膠 - 凝膠法：實(shí)驗(yàn)室研發(fā)主流工藝

（1）工藝原理

以金屬鹽（如硝酸鋰、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸錳）為原料，檸檬酸、乙二醇等為絡(luò)合劑，通過(guò)“溶液混合 - 溶膠形成 - 凝膠干燥 - 高溫?zé)Y(jié)" 四個(gè)步驟，制備均勻的富鋰錳基固溶體材料。

（2）關(guān)鍵步驟

•原料溶解與混合：將 LiNO?、Ni (NO?)?、Co (NO?)?、Mn (NO?)? 按化學(xué)計(jì)量比（如 Li?.?Ni?.?Mn?.?O?）溶解于去離子水中，加入檸檬酸（絡(luò)合劑，與金屬離子摩爾比 1.5:1），攪拌至溶解，形成均勻溶液；

•溶膠與凝膠制備：將溶液加熱至 80-100℃，蒸發(fā)水分，形成粘稠溶膠；繼續(xù)加熱至 150-200℃，溶膠聚合形成干凝膠（含水量＜5%）；

•高溫?zé)Y(jié)：將干凝膠在空氣氣氛下進(jìn)行“兩段式燒結(jié)"——

?預(yù)燒：400-500℃保溫 4-6 小時(shí)，去除絡(luò)合劑與硝酸鹽（分解為 CO?、NO? 等氣體）；

?主燒：800-900℃保溫 10-12 小時(shí)，形成 Li-rich Mn-based 固溶體晶體；

•后處理：氣流粉碎至粒徑 5-10μm，進(jìn)行 Al?O? 或 LiPO? 表面包覆（厚度 3-5nm），提升穩(wěn)定性。

（3）工藝優(yōu)勢(shì)與局限性

•優(yōu)勢(shì)：原料混合均勻（原子級(jí)分散），可精準(zhǔn)控制成分與形貌，適合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)與小批量制備（克級(jí)至千克級(jí)）；

•局限性：原料成本高（硝酸鹽價(jià)格是碳酸鹽的 3-5 倍）、生產(chǎn)周期長(zhǎng)（約 48 小時(shí)）、能耗高（高溫?zé)Y(jié)時(shí)間長(zhǎng)），難以規(guī)?；慨a(chǎn)（噸級(jí)以上）。

2. 共沉淀法：中試量產(chǎn)主流工藝

（1）工藝原理

以金屬硫酸鹽（如硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳）為原料，氫氧化鈉為沉淀劑，氨水為絡(luò)合劑，通過(guò)“共沉淀制備過(guò)渡金屬氫氧化物前驅(qū)體 - 與鋰鹽混合 - 高溫?zé)Y(jié)"，制備富鋰錳基材料，是目前具規(guī)?；瘽摿Φ墓に嚒?/span>

（2）關(guān)鍵步驟

•前驅(qū)體制備：

?將 NiSO?、CoSO?、MnSO? 按比例（如 Ni:Co:Mn=0.2:0.1:0.7）配制成濃度 1-2 mol/L 的混合溶液；

?在反應(yīng)釜中（溫度 50-60℃，pH=10-11，攪拌速率 800-1000rpm），將混合溶液與氫氧化鈉溶液（濃度 2-3 mol/L）、氨水（濃度 1-2 mol/L）同時(shí)滴加，形成過(guò)渡金屬氫氧化物前驅(qū)體（如 Ni?.?Co?.?Mn?.?(OH)?）；

?前驅(qū)體經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌（去除 Na?、SO?2?）、干燥（120℃，12 小時(shí)），得到球形顆粒（粒徑 5-10μm，振實(shí)密度 1.8-2.0 g/cm3）；

•鋰鹽混合與燒結(jié)：

?將前驅(qū)體與（Li?CO?）按化學(xué)計(jì)量比（Li: 過(guò)渡金屬 = 1.2:1）混合，添加少量粘結(jié)劑（如 PVA）；

?在氧氣氣氛回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行“兩段式燒結(jié)"——

?預(yù)燒：450-550℃保溫 3-5 小時(shí)，去除水分與粘結(jié)劑；

?主燒：850-950℃保溫 12-15 小時(shí)，生成 Li-rich Mn-based 固溶體（xLi?MnO??(1-x) LiMO?）；

•后處理：

?粉碎分級(jí)：氣流粉碎至粒徑 3-5μm（D50=4-6μm）；

?表面包覆：采用溶膠 - 凝膠法在顆粒表面包覆 LiAlO? 或 ZrO?（厚度 2-4nm）；

?預(yù)鋰化處理（可選）：在材料表面噴涂金屬鋰粉（含量 1-2%），補(bǔ)償first不可逆容量。

（3）工藝優(yōu)勢(shì)與局限性

•優(yōu)勢(shì)：原料成本低（硫酸鹽價(jià)格是硝酸鹽的 1/2）、適合規(guī)?；慨a(chǎn)（噸級(jí)以上）、前驅(qū)體球形度高（振實(shí)密度 1.8-2.0 g/cm3），適配電池生產(chǎn)工藝；

•局限性：前驅(qū)體均勻性依賴(lài)嚴(yán)格的反應(yīng)控制（如 pH 偏差 0.1 即導(dǎo)致成分不均）、氧氣氣氛燒結(jié)能耗高（較三元材料高 30%）、良率較低（行業(yè)平均 80-85%）。

四、富鋰錳基正極材料的挑戰(zhàn)與突破：聚焦“電壓衰減" 與 “效率提升"

針對(duì)富鋰錳基材料“電壓衰減嚴(yán)重、first效率低、倍率性能差" 的核心痛點(diǎn)，全球科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)通過(guò) “材料改性、電解液適配、電池體系優(yōu)化" 三大方向，持續(xù)突破技術(shù)瓶頸，加速商業(yè)化進(jìn)程。

1. 挑戰(zhàn) 1：電壓衰減嚴(yán)重 —— 抑制結(jié)構(gòu)相變與離子遷移

（1）材料改性：從 “晶格穩(wěn)定" 到 “表面保護(hù)"

•離子摻雜改性：

?高價(jià)離子摻雜（Ti??、Zr??、Nb??）：替換部分 Mn??，增強(qiáng) Mn-O 鍵強(qiáng)度，抑制層狀結(jié)構(gòu)向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。例如，摻雜 1% Ti??的富鋰錳基材料，循環(huán) 500 次后電壓衰減從 0.5V 降至 0.3V，結(jié)構(gòu)相變率降低 40%；

?堿土金屬離子摻雜（Mg2?、Ca2?）：占據(jù) Li?層空位，阻止過(guò)渡金屬離子遷移。摻雜 2% Mg2?的材料，Ni2?遷移量減少 50%，循環(huán) 500 次后容量保持率提升 15%；

•表面包覆改性：

?無(wú)機(jī)包覆：Al?O?、LiAlO?、LiPO? 等，形成致密保護(hù)層，隔絕材料與電解液接觸，減少氧釋放與電解液分解。LiAlO? 包覆的材料，氧釋放量降低 30%，高電壓下（4.8V）電解液分解速率降低 50%；

?有機(jī) - 無(wú)機(jī)復(fù)合包覆：內(nèi)層 Al?O?（厚度 2nm）+ 外層聚吡咯（PPy，厚度 3nm），既抑制離子遷移，又提升電子導(dǎo)電性（電子電導(dǎo)率從 10?? S/cm 提升至 10?? S/cm），倍率性能（1C 容量保持率）從 70% 提升至 85%；

•單晶化與納米結(jié)構(gòu)化：

?單晶化：制備單晶富鋰錳基顆粒（粒徑 5-10μm），消除多晶晶界處的缺陷（如晶界裂紋、雜質(zhì)聚集），減少結(jié)構(gòu)相變位點(diǎn)。單晶材料循環(huán) 500 次后電壓衰減較 polycrystalline 降低 30%；

?納米結(jié)構(gòu)化：制備納米片狀或納米多孔結(jié)構(gòu)（粒徑 100-200nm），增大比表面積（從 1-2 m2/g 提升至 10-20 m2/g），縮短 Li?擴(kuò)散距離，同時(shí)緩解結(jié)構(gòu)應(yīng)力，循環(huán) 500 次后容量保持率提升 20%。

（2）電解液適配：高電壓穩(wěn)定與氧捕獲

•高電壓電解液開(kāi)發(fā)：

?溶劑優(yōu)化：采用“氟代碳酸酯（FEC）+ 碳酸二乙酯（DEC）" 混合溶劑（比例 3:7），FEC 在電極表面形成穩(wěn)定的 SEI 膜（厚度 5-10nm），抑制電解液在高電壓下（4.8V）分解，循環(huán) 500 次后電解液分解量降低 60%；

?鋰鹽優(yōu)化：用雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）部分替代六氟磷酸鋰（LiPF?）（比例 1:1），LiFSI 的抗氧化性優(yōu)于 LiPF?，4.8V 下氧化分解電位提升 0.3V，電池脹氣率降低 40%；

•氧捕獲添加劑：

?添加 2-3% 苯甲腈（BN）或己二腈（ADN），通過(guò)氰基（-CN）與釋放的氧氣反應(yīng)，形成穩(wěn)定的有機(jī)化合物，減少氧對(duì)電解液的破壞；

?添加 1-2% 磷酸三甲酯（TMP），既作為阻燃劑，又可與氧反應(yīng)形成 Li?PO? 保護(hù)層，提升高溫穩(wěn)定性，80℃下循環(huán) 100 次容量保持率從 60% 提升至 80%。

2. 挑戰(zhàn) 2：first循環(huán)效率低 —— 預(yù)鋰化與界面優(yōu)化

•預(yù)鋰化技術(shù)：

?正極預(yù)鋰化：在富鋰錳基材料表面噴涂金屬鋰粉（含量 1-2%）或鋰化合物（如 Li?O、Li?N），first充電時(shí)釋放 Li?，補(bǔ)償不可逆容量，first庫(kù)倫效率從 75% 提升至 90-95%；

?負(fù)極預(yù)鋰化：在石墨負(fù)極中添加預(yù)鋰化劑（如 Li-Si 合金、Li-C 復(fù)合物），first放電時(shí)提供 Li?，避免正極 Li?過(guò)度消耗，該技術(shù)已在寧德時(shí)代中試線應(yīng)用，成本增加僅 5-8%；

•界面優(yōu)化：

?正極 - 電解液界面：添加 0.5-1% 碳酸亞乙烯酯（VC），在正極表面形成薄而致密的 CEI 膜（正極電解質(zhì)界面膜），減少 Li?MnO? 相活化過(guò)程中的不可逆反應(yīng)，first不可逆容量降低 20-30%；

?負(fù)極 - 電解液界面：采用硅碳復(fù)合負(fù)極（硅含量 10-15%），硅碳負(fù)極的高容量可部分補(bǔ)償正極不可逆容量，同時(shí)通過(guò) FEC 添加劑形成穩(wěn)定 SEI 膜，first庫(kù)倫效率提升 5-10%。

3. 挑戰(zhàn) 3：倍率性能差 —— 提升離子與電子傳導(dǎo)效率

•導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：

?復(fù)合導(dǎo)電劑：采用“炭黑 + 石墨烯 + 碳納米管" 復(fù)合體系（比例 6:2:2），構(gòu)建三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，電子電導(dǎo)率從 10?? S/cm 提升至 10?? S/cm，1C 容量保持率從 70% 提升至 90%；

?原位碳包覆：在共沉淀過(guò)程中添加葡萄糖、蔗糖等碳源，燒結(jié)后形成原位碳包覆層（厚度 1-2nm），既提升導(dǎo)電性，又抑制離子遷移，倍率性能（5C 容量保持率）從 50% 提升至 70%；

•離子擴(kuò)散通道優(yōu)化：

?多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：通過(guò)“模板法" 制備多孔富鋰錳基材料（孔徑 50-100nm），增大電解液浸潤(rùn)面積，Li?擴(kuò)散系數(shù)從 10?11 cm2/s 提升至 10?? cm2/s，倍率性能提升 30%；

?薄電極設(shè)計(jì)：將正極極片厚度從 100μm 減至 50μm，縮短 Li?擴(kuò)散距離（從 50μm 減至 25μm），1.5C 充電時(shí)間從 40 分鐘縮短至 25 分鐘，適配電動(dòng)汽車(chē)快充需求。

五、富鋰錳基正極材料的未來(lái)趨勢(shì)：向“高穩(wěn)定、低成本、規(guī)?；?/span>" 邁進(jìn)

隨著技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)投入的加大，富鋰錳基正極材料將朝著“循環(huán)壽命突破 1000 次、無(wú)鈷化規(guī)?；?、全生命周期低碳化" 三大方向發(fā)展，預(yù)計(jì) 2026-2030 年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，成為下一代高能量密度鋰電池的核心正極材料。

1. 循環(huán)穩(wěn)定性升級(jí)：突破 1000 次大關(guān)

•多維度改性協(xié)同：融合“離子摻雜（Ti??+Mg2?共摻雜）、表面包覆（LiAlO?-LiPO? 雙包覆）、單晶化（粒徑 8-12μm）" 三大技術(shù)，預(yù)計(jì) 2025 年實(shí)現(xiàn)循環(huán) 1000 次后電壓衰減＜0.3V，容量保持率＞85%，達(dá)到動(dòng)力電池使用壽命標(biāo)準(zhǔn)（800 次以上）；

•結(jié)構(gòu)相變調(diào)控：通過(guò)“原位 X 射線衍射（XRD）" 與 “透射電子顯微鏡（TEM）" 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)材料成分與工藝，抑制層狀 - 尖晶石相變，預(yù)計(jì) 2026 年實(shí)現(xiàn)循環(huán) 1500 次后能量密度衰減＜20%。

2. 無(wú)鈷化與低成本規(guī)模化

•無(wú)鈷配方量產(chǎn)：優(yōu)化過(guò)渡金屬配比（如 Li?.?Ni?.?Mn?.?O?），去除鈷元素，原材料成本較含鈷配方降低 20-30%，預(yù)計(jì) 2026 年無(wú)鈷富鋰錳基材料中試產(chǎn)能達(dá) 2 萬(wàn)噸，2028 年實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸級(jí)量產(chǎn)；

•工藝降本：開(kāi)發(fā)“干法共沉淀" 技術(shù)，替代傳統(tǒng)濕法共沉淀，水資源消耗降低 90%，生產(chǎn)周期縮短 50%，加工成本從 1 萬(wàn)美元 / 噸降至 0.5 萬(wàn)美元 / 噸，預(yù)計(jì) 2027 年規(guī)?；瘧?yīng)用。

3. 全生命周期低碳化

•綠色生產(chǎn)：

?綠電燒結(jié)：采用水電、風(fēng)電、光伏電進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，生產(chǎn)每噸富鋰錳基材料的碳排放從 10 噸降至 2 噸以下（如四川寧德時(shí)代基地，100% 綠電，碳排放降低 80%）；

?廢料回收：通過(guò)“濕法冶金" 回收退役富鋰錳基材料中的 Li、Mn、Ni（回收率 95% 以上），回收材料成本較原礦低 30%，預(yù)計(jì) 2028 年回收體系完善，形成 “生產(chǎn) - 使用 - 回收" 閉環(huán)；

•高能量密度適配：

?與固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合：富鋰錳基材料與硫化物固態(tài)電解質(zhì)（離子電導(dǎo)率 10?3 S/cm）搭配，可抑制高電壓下電解液分解，進(jìn)一步提升能量密度至 500 Wh/kg，預(yù)計(jì) 2030 年實(shí)現(xiàn)小批量應(yīng)用，支撐電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程 1200 公里以上。

結(jié)語(yǔ)：富鋰錳基材料—— 下一代鋰電池的 “能量革命者"

盡管富鋰錳基正極材料仍面臨“電壓衰減、效率低、成本高" 的商業(yè)化瓶頸，但憑借 “超高能量密度、無(wú)鈷化潛力" 的核心優(yōu)勢(shì)，已成為全球新能源產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。隨著技術(shù)突破的加速（循環(huán)壽命突破 1000 次）、規(guī)模化工藝的成熟（成本降至三元材料水平）、低碳化生產(chǎn)的推進(jìn)（綠電 + 回收），富鋰錳基材料有望在 2026-2030 年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，改變當(dāng)前鋰電池正極材料的競(jìng)爭(zhēng)格局。未來(lái)，富鋰錳基材料不僅將支撐電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航邁向 1000 公里以上，還將在無(wú)人機(jī)、航空航天、大型儲(chǔ)能等領(lǐng)域開(kāi)辟新應(yīng)用場(chǎng)景，成為推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)型的 “關(guān)鍵材料"，開(kāi)啟鋰電池高能量密度時(shí)代的新篇章。