日前， 中國科學院院士、中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高在一場“熱點問題交流會”上表示， 就國內動力電池主要技術的進展來看， 2020年動力電池單體300瓦時/公斤的目標是可以做到的。 “到2025年， 我們希望衝擊400瓦時/公斤的目標， 這時候要改變的是正極材料。 可選的正極材料有好幾種， 目前新能源汽車重點專項取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料。 ”歐陽明高說道。
相較於目前業內趨之若鶩的高鎳三元電池和全固態鋰電池， 被寄予厚望的富鋰錳基電池領域則一直顯得不溫不火。
前途光明的富鋰錳基正極材料
目前， 電動汽車面臨續航里程短和安全性不足等問題， 制約了其大規模推廣。 如果電動汽車擁有與燃油車相當的續航里程（~500公里）， 消費者駕駛電動汽車時將不再有里程焦慮，
從技術層面看， 採用更高比容量的正負極材料是提高電池能量密度最為直接有效的途徑。 在目前已知正極材料中， 富鋰錳基正極材料放電比容量高達300mAh/g， 幾乎是目前已商業化正極材料實際容量的兩倍左右， 截至電壓可以達到4.5V；同時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力電池的理想之選， 是鋰電池突破400瓦時/公斤，
道路曲折的富鋰錳基動力電池
雖然富鋰錳基正極材料具有放電比容量的絕對優勢， 但要將其實際應用於動力鋰電池， 必須解決以下幾個關鍵科學和技術問題：一是降低首次不可逆容量損失；二是提高倍率性能和迴圈壽命；三是抑制迴圈過程的電壓衰減。
據歐陽明高在會上所說， 國內對富鋰錳基材料的研究自2010年開始升溫以來， 一些科研單位及電池企業的探索就從未停止。
目前有兩個單位承擔了前沿基礎專案， 一個是中科院物理所， 改善了富鋰錳基正極迴圈的電壓衰減。 達到的指標是100周之後電壓衰減降到了2%以內， 應該說這是一個重大的進展。 另外一個是北京大學的團隊， 首次研製出了比容量400毫安培時/克的富鋰錳基正極， 對於400瓦時/公斤應該是沒有問題的， 甚至可能更高， 但目前迴圈性還不是很好。
在企業方面， 從中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會2017年調研情況來看， 包括遨優動力、中航鋰電等多家企業均有富鋰錳基動力電池領域的規劃佈局。
當升科技的“一種鋰離子電池富鋰Mn基正極材料前驅體的製備方法”於2017年9月獲得國家發明專利。據瞭解，該發明通過共沉澱法製備出密度和球形度高、流動性好的富鋰錳基正極材料前驅體，且產量高，工藝簡單，環境友好，有助於實現富鋰錳基正極材料的大批量生產。但該發明專利目前尚未應用於當升科技的實際生產中。
此外，江特電機量產富鋰錳基正極材料，技術水準已達國際先進，製造工藝已申請專利；國軒高科也有一項富鋰錳基正極材料的製備方法發明專利。
而遨優動力已經走在了行業前列。2017年12月，遨優動力宣佈，公司研發團隊經過8年的潛心研發，通過材料納米化和碳層包覆技術，在電池製作過程中使用多種複合導電劑(如石墨烯、碳納米管等高導電性物質)提高材料倍率性能，成功研發製備出富鋰錳基軟包裝動力電池。據遨優動力總經理陳光森博士介紹，目前已經可以穩定量產的富鋰錳基動力電池能量密度達200-220Wh/kg，預計2020年可達350Wh/kg。
富鋰錳基材料在鋰電池中的研究進展
2016年末北京大學深圳研究生院潘峰課題組[1]採用羧甲基纖維素鈉(CMC)作為富鋰錳基材料的粘合劑，通過與PVDF、PAN進行對比，發現CMC可明顯抑制富鋰錳基材料電壓降的發生，並且在在500次迴圈以後材料仍然保持183 mAh g-1(200 mA g-1)，此文章在最後還提出了自己的觀點：CMC裡面的鈉離子做電極材料迴圈的過程中摻雜到鋰層當中，C軸(層間距)增加抑制了電壓降的發生。（如圖1所示）
除去在粘合劑方面改善材料性能外，採用特殊氣體對富鋰錳基材料進行處理也是一種簡單易行的方法。以色列的Bar-IIan University和Tel-Aviv University以及美國的Stony Brook University[2]進行合作採用NH3在400℃對電極材料進行處理，發現經過NH3處理1-2h的材料，電化學性能得到了明顯的改善，並且發現在材料的表面發生了一系列的氣-固反應 :Co和Mn的含量減小；結構重排，降低了Co-O, Mn-O鍵的配位數，並且在材料的表面形成了類尖晶石結構；Li+從材料的本體中脫出，在材料的表面形成了LiOH, Li2CO3, and Li2O.這些結構以及表面的改變深刻的影響了材料的性能。（圖2）
最後中南大學的賴延清課題組和香港理工大學的黃海濤[3]課題組根據前人的經驗採用水熱的方法首先合成了Ni-Co-Mn的前驅體，然後和一定比例的LiOH進行混合燒結後得到了內部具有三維離子通道的材料，該材料具有優異的迴圈和倍率性能。
該材料的結構設計比較新穎 不過鋰化的過程仍然比較比較繁瑣
最後
綜上我們可以看到從正極材料發展方向而言，富鋰錳基材料同時具備高電壓、高容量優勢，且成本比三元材料低，但它們的應用除了材料自身的技術原因以外，其實很大程度上受到外部因素的制約，比如高壓電解液的開發以及市場的培育發展等等因素。隨著未來富鋰錳基正極材料的成熟，以及高電壓電解液等配套關鍵材料技術的突破，富鋰錳基動力電池成為未來高比能鋰動力電池的主流產品也未可知。
當然在鋰電領域，一般而言，一種新材料從首次發現報導到實際產業化應用，基本上都得一二十年的時間甚至更長，遠遠落後於人們預期，這其中總是充滿了無數艱辛和微小的技術進步。對現有材料的進一步改進和新材料的探索，仍然是鋰電正極材料研發的基本方向。只有全產業鏈的緊密合作才能讓富鋰錳基動力電池產業化走得更快、更穩。
【免責聲明】本號所轉載僅供參考，發佈本文之目的在於傳播更多資訊，並不意味著本號贊同或者否定本文部分以及全部觀點或內容。本號對該資料或使用該資料所導致的結果概不承擔任何責任。我們尊重原創者版權，除我們確實無法確認作者外，我們都會注明作者和來源。在此向原創者表示感謝。若涉及版權問題，請聯繫刪除，謝謝。
當升科技的“一種鋰離子電池富鋰Mn基正極材料前驅體的製備方法”於2017年9月獲得國家發明專利。據瞭解，該發明通過共沉澱法製備出密度和球形度高、流動性好的富鋰錳基正極材料前驅體，且產量高，工藝簡單，環境友好，有助於實現富鋰錳基正極材料的大批量生產。但該發明專利目前尚未應用於當升科技的實際生產中。
此外，江特電機量產富鋰錳基正極材料，技術水準已達國際先進，製造工藝已申請專利；國軒高科也有一項富鋰錳基正極材料的製備方法發明專利。
而遨優動力已經走在了行業前列。2017年12月，遨優動力宣佈，公司研發團隊經過8年的潛心研發，通過材料納米化和碳層包覆技術，在電池製作過程中使用多種複合導電劑(如石墨烯、碳納米管等高導電性物質)提高材料倍率性能，成功研發製備出富鋰錳基軟包裝動力電池。據遨優動力總經理陳光森博士介紹，目前已經可以穩定量產的富鋰錳基動力電池能量密度達200-220Wh/kg，預計2020年可達350Wh/kg。
富鋰錳基材料在鋰電池中的研究進展
2016年末北京大學深圳研究生院潘峰課題組[1]採用羧甲基纖維素鈉(CMC)作為富鋰錳基材料的粘合劑，通過與PVDF、PAN進行對比，發現CMC可明顯抑制富鋰錳基材料電壓降的發生，並且在在500次迴圈以後材料仍然保持183 mAh g-1(200 mA g-1)，此文章在最後還提出了自己的觀點：CMC裡面的鈉離子做電極材料迴圈的過程中摻雜到鋰層當中，C軸(層間距)增加抑制了電壓降的發生。（如圖1所示）
除去在粘合劑方面改善材料性能外，採用特殊氣體對富鋰錳基材料進行處理也是一種簡單易行的方法。以色列的Bar-IIan University和Tel-Aviv University以及美國的Stony Brook University[2]進行合作採用NH3在400℃對電極材料進行處理，發現經過NH3處理1-2h的材料，電化學性能得到了明顯的改善，並且發現在材料的表面發生了一系列的氣-固反應 :Co和Mn的含量減小；結構重排，降低了Co-O, Mn-O鍵的配位數，並且在材料的表面形成了類尖晶石結構；Li+從材料的本體中脫出，在材料的表面形成了LiOH, Li2CO3, and Li2O.這些結構以及表面的改變深刻的影響了材料的性能。（圖2）
最後中南大學的賴延清課題組和香港理工大學的黃海濤[3]課題組根據前人的經驗採用水熱的方法首先合成了Ni-Co-Mn的前驅體，然後和一定比例的LiOH進行混合燒結後得到了內部具有三維離子通道的材料，該材料具有優異的迴圈和倍率性能。
該材料的結構設計比較新穎 不過鋰化的過程仍然比較比較繁瑣
最後
綜上我們可以看到從正極材料發展方向而言，富鋰錳基材料同時具備高電壓、高容量優勢，且成本比三元材料低，但它們的應用除了材料自身的技術原因以外，其實很大程度上受到外部因素的制約，比如高壓電解液的開發以及市場的培育發展等等因素。隨著未來富鋰錳基正極材料的成熟，以及高電壓電解液等配套關鍵材料技術的突破，富鋰錳基動力電池成為未來高比能鋰動力電池的主流產品也未可知。
當然在鋰電領域，一般而言，一種新材料從首次發現報導到實際產業化應用，基本上都得一二十年的時間甚至更長，遠遠落後於人們預期，這其中總是充滿了無數艱辛和微小的技術進步。對現有材料的進一步改進和新材料的探索，仍然是鋰電正極材料研發的基本方向。只有全產業鏈的緊密合作才能讓富鋰錳基動力電池產業化走得更快、更穩。
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