中國儲能網(wǎng)訊：來自證券機構的分析預測顯示，2025年正極材料整體需求持續(xù)增長，同時正極材料行業(yè)面臨著深度調(diào)整和加速洗牌，業(yè)界也在尋找新的技術和產(chǎn)品。
深圳速方新能源科技有限公司（以下簡稱速方新能源）就是被資本市場看好的一員。近期，該公司宣布完成千萬元天使+輪融資。本輪融資將用于富鋰錳基正極材料系列產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)線建設等方面。
“富鋰錳基材料擁有高達300毫安時/克的比容量，遠超目前主流商業(yè)化應用的三元鎳鈷錳和磷酸鐵鋰等正極材料。”日前，速方新能源聯(lián)合創(chuàng)始人、香港城市大學（以下簡稱港城大）物理學系副教授劉奇在接受《中國科學報》采訪時表示，團隊正在推動富鋰錳基正極材料的產(chǎn)業(yè)化工作，希望早日實現(xiàn)商業(yè)化的突破。
為何多年沒有產(chǎn)業(yè)化
在正極材料領域，三元鎳鈷錳和磷酸鐵鋰兩款材料長期占據(jù)動力電池與儲能電池的主導地位，是目前消費級電池產(chǎn)業(yè)的主流。而富鋰錳基材料則是公認的面向未來的超高能量密度技術路線。
美國阿貢國家實驗室在本世紀初首次報道了富鋰錳基層狀氧化物體系，指出其在高電壓下具有超200毫安時/克的高比容量，從而掀起了富鋰錳基材料的研究熱潮。
電池正極材料的能量密度由兩個核心要素決定——比容量和工作電壓，兩者乘積決定了材料能量密度的理論值。
已有研究發(fā)現(xiàn)，富鋰錳基材料在實驗室條件下的比容量可超300毫安時/克，且在大于4.5伏高壓區(qū)間仍能保持良好的穩(wěn)定性；而高鎳三元材料在實驗室條件下的比容量為180至220毫安時/克。此外，由于鎳、鈷等貴金屬用量減少，富鋰錳基材料能夠大幅降低生產(chǎn)成本，單瓦時成本可媲美磷酸鐵鋰，兼具高能量密度與低成本優(yōu)勢。
2014年，劉奇在美國普渡大學獲得博士學位后，加入阿貢國家實驗室從事博士后研究，致力于推動原位同步輻射技術在電化學反應、微波化學合成反應、材料合成、能量儲存和轉(zhuǎn)化等過程中原位檢測、反應機理和反應動力學研究方面的應用。其間，他關注到富鋰錳基材料。
“富鋰錳基材料是我2018年來到港城大后正式開展的一項研究。”劉奇告訴《中國科學報》，該材料很早就被發(fā)現(xiàn)，而多年來沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的原因是材料本身具有一大缺陷，其工作電壓在循環(huán)過程中下降，從而導致電池能量密度的持續(xù)衰減。
劉奇指出：“富鋰錳基材料雖然具備發(fā)展?jié)摿?，但材料本身穩(wěn)定性差，導致充放電過程中電池衰減極其嚴重，循環(huán)使用壽命極短，此前并不具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢?！?/span>
解決電壓衰減的難題
“富鋰錳基材料要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，必須攻克電壓衰減這個問題?！眲⑵娼榻B，富鋰錳基材料由兩相組成——層狀相和富鋰單斜相。在原子尺度上，電壓衰減與富鋰相的蜂窩結構在高電壓下的不穩(wěn)定性有關，結構的不穩(wěn)定會導致不可逆的氧釋放和結構退化，這是造成富鋰錳基材料電壓衰減的最主要原因。
為此，劉奇帶領團隊另辟蹊徑，從原子結構入手，專注于研究如何從根本上增強富鋰材料蜂窩結構的穩(wěn)定性。
他們成功設計并在富鋰相中引入過渡金屬占位，使其可以像帽子一樣覆蓋在蜂窩結構不穩(wěn)定的點上，從而巧妙解決了長期困擾富鋰錳基材料的電壓衰減問題，為開發(fā)用于鋰離子電池的高能正極材料開辟了道路。2023年6月，相關研究成果發(fā)表于《自然-能源》。
“我們在業(yè)內(nèi)首次研發(fā)出超低電壓衰減的富鋰錳基正極材料，其比容量幾乎是目前市場廣泛使用的正極材料的兩倍。”劉奇說。
從回國到解決富鋰錳基材料電壓衰減難題，劉奇帶領團隊前后花了4年多時間，但他表示：“因為學術界已有十多年的技術積累，我們是在前人研究的基礎上開展了一項循序漸進的工作，逐漸對問題有了基本清晰的認識?！彪S著全球新能源汽車和儲能市場快速發(fā)展，業(yè)界對鋰電池能量密度提升的訴求日益迫切。“現(xiàn)在主流正極材料能量密度已經(jīng)逼近理論極限，我們非?？春酶讳囧i基正極材料，于是決定自己創(chuàng)業(yè)?！?023年10月，劉奇等人在深圳創(chuàng)辦了速方新能源，希望將技術從實驗室推向市場。
談及創(chuàng)業(yè)，劉奇非常感謝香港特別行政區(qū)政府和港城大的支持。為推動本地大學科技成果轉(zhuǎn)化和商品化，香港特別行政區(qū)政府在2023年10月推出“產(chǎn)學研1+計劃”，劉奇就是該計劃的獲益者之一。由他領導的“開創(chuàng)下一代鋰離子電池的先進正極材料”項目，在提升鋰電池核心材料性能方面取得了重大突破，在今年6月獲得“產(chǎn)學研1+計劃”撥款資助。
專業(yè)的事交給專業(yè)的人
在速方新能源，劉奇沒有親自參與運營管理，他對自己的定位是首席科學家，聚焦公司一些關鍵技術的指導。他認為，專業(yè)的事應該交給專業(yè)的人去做。
作為聯(lián)合創(chuàng)始人，劉奇深切感受到中試放大和實驗室里的小試完全不一樣，規(guī)?；蛛x純化的核心目的是降低成本和工藝難度。“公司成立初期，大家討論最多的話題是如何完成從科學家到工程師的角色轉(zhuǎn)換。”
“在其位，謀其事。”劉奇發(fā)現(xiàn)自己還是更擅長做科學研究，公司發(fā)展需要既懂理論又懂規(guī)模生產(chǎn)的工程師。他介紹，速方新能源上下還處于磨合期，產(chǎn)品尚在驗證階段。
當前，鋰離子動力電池的發(fā)展趨勢包括提高能量密度和降低成本兩個方向。其中，高能量密度電池可滿足新能源車、低空經(jīng)濟、人形機器人、可穿戴電子設備等應用場景的輕量化和長續(xù)航需求。
“我們希望能在4.5伏的電壓下，開發(fā)出一款富鋰錳基材料，性能可以媲美現(xiàn)有高鎳三元或中鎳三元材料的水平，但成本可以降低一半?！眲⑵嫱嘎?，速方新能源已向一些低空經(jīng)濟領域客戶送樣，預計2026年產(chǎn)生銷售收入。
目前，速方新能源已開啟新一輪融資計劃，希望進一步加快研發(fā)進度及千噸級產(chǎn)線建設的步伐。
“我們并非想取代現(xiàn)有的正極材料，也深知目前的技術水平短期內(nèi)無法完全取代，我們的目標是提供補充型方案，在正極材料市場占據(jù)一席之地?！眲⑵嫦Ｍ谖磥?至4年內(nèi)，使富鋰錳基正極材料的市場占有率超過10%。
