富锂锰基材料能让电动车跑1500公里，却因电压衰减快、寿命短成了“实验室宠儿”。科学家如何用“微创手术”和“界面铠甲”攻克难关？一文看懂电池界新希望！
1. 能量密度突破
放电比容量达300mAh/g，是磷酸铁锂（160mAh/g）和三元材料（200mAh/g）的1.5-2倍。理论电芯能量密度超400Wh/kg，适配固态电池后可达720Wh/kg（如太蓝新能源全固态电池）。
2. 成本与资源优势
锰占比60%-70%，钴降至0%-2%，镍降至30%-40%，原料成本仅为三元材料的1/5。量产成熟后，正极成本预计比三元材料低20%-25%，单瓦时成本接近磷酸铁锂。
1. 电压衰减
问题本质：富锂锰基材料（如Li₁.₂Mn₀.₅₄Ni₀.₁₃Co₀.₁₃O₂）在循环中因氧释放导致结构退化，引发电压持续下降（200次循环后电压降幅可达30%），造成能量密度锐减和电池管理系统失效。
深层原因：高电压（>4.5V）下富锂单斜相的蜂窝结构不稳定，氧氧化还原不可逆性引发晶格畸变。
2. 氧析出与界面副反应
充电至4.5V以上时，晶格氧活性失控导致氧气释放，加速电解液分解，形成界面阻抗层，导致循环急剧下降。液态电解液体系难以支撑高压稳定运行，热失控频发，制约材料性能发挥。
3. 固态电池适配难题
富锂锰基与固态电解质（如硫化物）界面存在化学不相容性，高电压下Mn³⁺催化副反应，导致界面阻抗增长。
微砖结构: 构筑具有暴露（010）晶面的微砖结构LRM正极材料，可以实现超高压实。
不同锂含量、烧结温度对应LRM不同微砖结构
氟化有机物: 氟化有机物可以用于在电极上构建人工SEI膜，提高锂金属电池的稳定性、安全性和倍率性能。
人造富-LiF 的SEI膜示意图
碳材料复合: 将LRMC与碳材料（如石墨烯、碳纳米管和碳黑）复合，形成三维导电网络，可以有效提升材料的导电性，提高倍率性能和循环稳定性。
多级精准掺杂（速方新能源）：在前驱体制备阶段引入钽、铌等元素稳定蜂窝结构，200次循环电压衰减控制在<5%，攻克产业化核心瓶颈，同步开发高压纯用正极（送样头部电池厂）和补锂剂产品（切入无人机市场），形成“技术–中试–商用”闭环。
负热膨胀调控（宁波材料所）：利用材料受热收缩特性，设计“零热膨胀”正极，消除温度波动导致的体积变化，提升循环寿命。
钴侵入效应（宁波材料所×加州大学）：Co³⁺侵入Li₂MnO₃相可优化氧氧化还原电荷转移路径，提升可逆性（容量达300mAh/g）。
低锂化策略（浙大陆俊团队）：适度降低锂含量并增加镍占比（如Li₁.₁Mn₀.₆Ni₀.₃O₂），抑制锰迁移迟滞，提升能效。
富锂锰基正极材料的氧活性利用与其能量效率
元素掺杂和包覆: 通过在LRMC表面构建独特的结构，例如掺氟碳包覆、尖晶石异质结构和氧空位，可以提高电子电导率、结构稳定性和锂离子扩散速率，从而增强循环稳定性和倍率容量。
富锂锰基正极材料表面包覆F和掺杂碳示意图
Li2ZrO3包覆: 在LRMC表面均匀包覆Li2ZrO3可以改善倍率性能、循环稳定性和首次库仑效率。
富锂锰基正极材料表面包覆Li2ZrO3示意图
改性剂涂层: 采用聚酰亚胺/多壁碳纳米管（PI/MWCNTs）复合涂层可以优化LRMC的微观结构，提高电化学性能。
MWCNTs复合涂层形成示意图
PVDF辅助界面改性: 通过简单的PVDF辅助界面改性策略，在富锂锰基正极（LRMC）上构建具有F掺杂碳包覆、尖晶石异质结构和氧空位的独特表面结构，从而提高了LRMC的电子电导率、结构稳定性和Li+扩散速率，进而提升了LRMC的循环稳定性和倍率容量。
油酸辅组界面改性：油酸可提供丰富的氢离子与LRM 中的锂离子交换，从而产生锂缺陷，并通过聚合作用在原始 LRM（PLRM）表面形成均匀的有机涂层（OCL）。
油酸辅组界面工程法改善富锂锰基正极材料ICE
复合包覆（当升科技）：通过气固界面改性+表面包覆构筑稳定界面层，实现1C循环2300周零衰减，高温容量保持率88%。
富锂锰基正极材料的复合表面改性示意图
新型电解液：使用成本效益高且环保的低共熔溶剂（DESs）作为电解液，能够提高锂离子电池的安全性，并降低电解液毒性带来的环境问题。
添加共熔溶剂电解液实验示意图
石榴石氧化物电解质（浙大方案）：适配富锂锰基高电压特性，缓解界面副反应，推动能量密度突破720Wh/kg（太蓝新能源已实现）。
石榴石结构固态电解质形貌
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阶段 |
时间节点 |
关键进展 |
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中试/小批量 |
2025年 |
速方新能源百吨级产线运营，容百科技/当升科技吨级出货 |
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规模化量产 |
2026-2027年 |
湘潭电化5万吨、湖南裕能10万吨产能落地；上汽/长安固态电池装车计划启动 |
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市场爆发期 |
2030年 |
预计全球市场规模达1400亿元（固态电池领域渗透率20%） |
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企业类型 |
代表公司 |
进展与优势 |
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材料供应商 |
容百科技 |
富锂锰基单吨毛利8万元（传统三元仅2万），绑定丰田/卫蓝新能源供应链 |
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当升科技 |
高压实密度技术突破，向宁德时代/丰田批量供货 |
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资源保障方 |
湘潭电化 |
锰矿自给率50%，成本低20%，规划5万吨富锂锰基产能适配宁德固态电池 |
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红星发展 |
高纯硫酸锰龙头（年产能10万吨），前驱体市占率超30% |
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电池集成商 |
宁德时代 |
开发富锂锰基+硫化物电解质体系，目标2027年量产500Wh/kg全固态电池 |
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国轩高科 |
“改性富锂锰基”专利解决电压衰减，金石电池（350Wh/kg）2025年装车测试 |
成本竞争力：富锂锰基量产成熟后，成本预计比三元材料低25%-30%，逼近磷酸铁锂（LFP）水平（电芯成本0.3元/Wh）。
技术融合方向：短期需聚焦液态体系补锂剂应用，而长期需突破固态电池界面工程，在2028年固态电池爆发期来临前抢占市场先机。
资源依赖性：锰资源需求激增（2035年锂电池用锰占比将提升至5%），利好上游锰矿企业；另一方面，回收技术（如格林美95%锰回收率）成为降低成本的关键。
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