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正极材料竞争升级,锰、硫技术路线谁能突围?
2025年,固态电池产业正在经历更为深刻的变革。
固态电池技术的推进、规模化制造需求的提升,以及终端市场对高性能电池的需求不断增长,共同驱动着以锰系、硫系为代表的新型正极材料体系加速成型,传统锂电池正极材料体系迎来重大革新。
当前,9系高镍三元材料已接近能量密度瓶颈,引入富锰、硫系等新型正极材料,则有望突破正极材料容量瓶颈,叠加硅基负极向锂金属负极的演进,共同为电池性能的跃升打开新的通道。
固态电池技术本身的发展,也不仅仅依赖固态电解质的突破,还要求整体材料体系的协同优化。正极材料改性、新型正极材料的引入,将在解决固固界面稳定性等关键问题方面发挥重要作用。
高工锂电注意到,近期包括清陶能源等在内的多个企业,相继公开了在锰系、硫系正极材料产能上的建设规划,表明固态电池对于新型正极材料的市场需求正在加速释放。
固态电池被视为未来电池技术发展方向,其战略意义不仅限于赋予技术升级希望,而是已经在为传统锂电池及材料产业激发新的变革可能性。
固态电池为何推动新型正极材料变革?
固态电池对新型正极材料的迫切需求,主要源于两个核心驱动力:新兴应用场景的技术瓶颈与产业降本的内在诉求。
一方面,在eVTOL等高端应用场景中,传统高镍三元正极材料面临能量密度瓶颈和安全性隐患,难以满足航空级应用在极端环境下的高容错要求。新型正极材料的引入,成为提升电池安全性和性能的必要路径。
另一方面,固态电池的降本路径不仅依赖工艺和设备的规模化制造,还需要从材料体系本身寻求突破。清陶能源指出,电池的比能量和整体成本主要由正负极材料决定,若仅以固态电解质替代传统液态电解液,难以实现成本和性能的最优平衡。固态电池的发展,需要基于全新的正负极材料体系,以真正释放其技术优势。
上述背景下,锰系、硫系等新型正极材料的应用前景愈发受到关注。以锰系材料为例,包括锰酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基等材料在内,其高导电性有助于倍率性能和低温性能的优化,稳定的结构提升可电池安全性,高电压平台则能够减少单位安时的耗锂量,提高系统能效。此外,锰资源丰富,成本较低,相较于高镍材料具备显著的经济性。
但在液态电池体系中,其商业化应用受限,主要原因是其与电解液易发生副反应,影响电池寿命。固态电解质的引入,则为这些新型材料打开了新的应用窗口,能够使锰系材料在低温、高循环等方面展现更优性能。
例如,锰酸锂结合固态电解质,可在低温条件下表现优于磷酸铁锂,并实现2500次以上循环,有望在未来特定应用场景下部分替代磷酸铁锂。又如,与同等克容量的三元正极相比,镍锰酸锂在固态电池技术加持下,可在成本和综合性能方面更具优势。
至于富锂锰基,可以看到太蓝新能源、欣旺达等企业则已将富锂锰基材料纳入固态电池产品路线图。2024年太蓝新能源推出的能量密度达720Wh/kg的全固态电池原型,即采用了富锂锰基材料作为正极。
另值得注意的是,富锂锰基正极材料性能短板的逐步改善,实际上也为聚合物基固态电池在室温电压方面遇到的瓶颈问题提供了新的突破口。采取此种技术路线布局的企业,也逐渐在产业中形成自身特色。行业内已经涌现出如陀普科技、聚圣科技等固态电池企业,它们同时在聚合物固态电解质和富锰正极材料领域进行重点布局。
由此可见,固态电池与新型正极材料正在形成相互促进、协同迭代的关系,二者的结合将共同推动电池技术的进步。
新型正极材料的突破与企业竞逐
目前,围绕固态电池的新型正极材料体系已初具雏形,锰系、硫系、NL结构等多种技术路线并存。其中硫系正极材料展现出更高的技术潜力。
青岛中科源本在第二代固态电池体系中完成了硫化锂正极的实验室验证,电池能量密度超过600Wh/kg,且常温下循环6200次后仍保持初始容量的84.4%。目前,该技术已进入中试阶段。据透露,该团队的第三代正极计划将采用硫单质正极,目标将电池能量密度进一步提升至800Wh/kg。
产业端亦在加速推进硫系正极材料的产能建设。2025年1月,四川成科国重新能源签约2.8GWh固态锂硫电池项目,总投资1.3亿元,计划分阶段推进小试、中试及自动化产线建设。
此外,部分动力电池企业意识到液态锂硫电池在循环寿命方面存在难以克服的障碍,正逐步将研发重心转向固态锂硫电池,以期在安全性和长循环寿命方面取得突破。
锰系正极材料则在产业化布局上更为丰富,已有多家企业率先布局。
2025年以来,清陶能源2万吨锰酸锂正极材料项目环评通过;浙江衢州地方政府、速方新能源也计划陆续启动万吨级富锂锰基材料项目,其中,衢州所签约的富锰正极产能高达20万吨。
值得注意的是,近年来富锂锰基的发展可以算处于蛰伏沉淀期,如容百、当升、振华新材等头部正极材料企业,均表示其富锂锰基材料目前仍处于送样测试阶段,尚未形成大批量出货能力。2025年以来2个万吨级项目的推进,或意味着其产业化信号的不断增强。
在技术方面,产业正围绕两大方向解决富锂锰基的瓶颈问题,一是对富锂锰基正极材料进行改性修饰,提升其循环寿命和倍率性能;二是着眼于电池部件间的协同优化,例如正极片与隔膜的协同配合,以改善界面稳定性。
在应用场景方面,产业界已提出针对不同市场的富锂锰基材料发展策略。
有业内人士指出,低压富锂锰基材料市场增速较快,可以替代锰酸锂或与之进行掺混,主要面向农村代步车等对成本较为敏感的低端市场;此外,低压富锂锰基材料还可作为三元材料的缓释补锂剂,与磷酸锰铁锂材料进行混合使用,以提升电池寿命,市场潜力同样巨大。
中压富锂锰基材料的主要目标是替代传统三元材料,但目前仍面临压实密度较低、电压平台偏低、导电性较差等技术挑战。
综上来看,新型正极材料体系的崛起,正为固态电池产业发展注入全新动力。硫系、锰系等技术路线各有特点与优劣势,但在固态电池技术的推动下,均迎来前所未有的产业化机遇。随着2025年各类项目的逐步落地,固态电池与新型正极材料的协同发展,将成为电池产业升级的重要方向。
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