固态电池进展拉动正极材料体系迭代

固态电池进展拉动正极材料体系迭代
无论是市场炒作的新故事概念，还是多年深耕后技术变革节点的到来，固态电池板块已成为多方关注的焦点，并带动上游材料端的迭代升级。
在固态电池的发展进程中，固态电解质是最为核心的研究方向，承担起“颠覆性技术”的主要责任，而正负极正负极材料则向着高性能方向迭代。
其中负极材料方面，发展与应用遵循着从石墨到硅碳，再到硅氧，最终迈向金属锂的清晰路径。采用金属锂作为负极，有望提升电池40-50%的能量密度，为电池性能带来显著的改善。
正极方面相较于传统液态锂离子电池变化较小，材料体系可继续沿用，关键则在于向着高比能、高能量密度的方向进行革新。
由于固态电解质与电极材料的界面反应时几乎不存在电解液面对超过4V高电压时开始分解的副反应，能承受更高电压（5V），因此可以在固态电池中使用具有较高电压平台的正极材料，通过提升工作电压以获得更高的能量密度。
当前固态电池正极开发主要集中在高镍三元、镍锰酸锂、富锂锰基等路线。其中，通过向锰酸锂中掺入少量过渡金属离子，形成的镍锰酸锂具有147mAh/g的理论容量和4.7V的电压平台，但循环性能上具备明显劣势。
目前市面上清陶能源、卫蓝新能源装车交付的半固态电池，以及广汽推出的全固态电池，则采用了高镍三元技术路线。
在追求高性能的背景下，高镍三元正极朝着9系超高镍的方向发展。据了解，采用9系高镍三元克容量发挥最高有望达到215mAh/g左右，配石墨负极其平均电压将3.62V左右。
产业化进程上，容百科技、当升科技、天力锂能、长远锂科等企业均表示已稳定出货且形成应用。容百科技表示公司开发的多款适用于半/全固态电池的高镍/超高镍三元正极材料已导入多家客户产品体系；
当升科技的固态锂电正极材料已在赣锋锂电、卫蓝新能源、清陶能源、辉能科技等公司固态电池实现上车验证；天力锂能表示公司研发的9系高镍产品目前在固态电池的头部公司完成了小试及中试测试，搭配固态及半固态电池体系电池包能量密度≥400wh/kg。
而太蓝新能源研发出的能量密度720Wh/kg全固态锂金属电池正极则采用了富锂锰基材料。
富锂锰基被业内一致认为是全固态电池可选用的理想正极材料，其在高电压和高放电比容量的先天优势，理论克容量可达320mAh/g，电压平台3.7V-4.6V，均显著高于传统正极材料。
此外，成本方面，富锂锰基材料以较便宜的锰元素为主，贵重金属含量少。不仅成本更低，与高镍三元材料相比，富锂锰基制成电池的单位成本可下降近20%，而且安全性更好。
产业布局上，宁德时代、中创新航、蜂巢能源、国轩高科、孚能科技均将富锂锰基作为重要的材料研发方向；杉杉科技、容百科技、宁夏汉尧、当升科技接连开启富锂锰基产业化送样与量产；格林美、华友钴业也表示正大力推进富锂锰基材料研发。
值得注意的是，目前正极材料在固态电池的应用中还存在体积效应以及生成复杂界面膜等诸多问题。首先是体积效应，在正极活性材料脱锂或嵌锂过程中，其晶胞参数将不可避免地发生缩小或扩大，造成材料颗粒体积形变，进而导致电池电化学性能的衰减。
其次，固体电解质还会在与正极接触的界面处反应生成复杂的界面膜增加电荷转移阻抗。