中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：來(lái)自證券機(jī)構(gòu)的分析預(yù)測(cè)顯示，2025年正極材料整體需求持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)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(shù)和產(chǎn)品。
深圳速方新能源科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)速方新能源）就是被資本市場(chǎng)看好的一員。近期，該公司宣布完成千萬(wàn)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(shè)等方面。
“富鋰錳基材料擁有高達(dá)300毫安時(shí)/克的比容量，遠(yuǎn)超目前主流商業(yè)化應(yīng)用的三元鎳鈷錳和磷酸鐵鋰等正極材料?！比涨埃俜叫履茉绰?lián)合創(chuàng)始人、香港城市大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)港城大）物理學(xué)系副教授劉奇在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，團(tuán)隊(duì)正在推動(dòng)富鋰錳基正極材料的產(chǎn)業(yè)化工作，希望早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的突破。
為何多年沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化
在正極材料領(lǐng)域，三元鎳鈷錳和磷酸鐵鋰兩款材料長(zhǎng)期占據(jù)動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池的主導(dǎo)地位，是目前消費(fèi)級(jí)電池產(chǎn)業(yè)的主流。而富鋰錳基材料則是公認(rèn)的面向未來(lái)的超高能量密度技術(shù)路線。
美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在本世紀(jì)初首次報(bào)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(shí)/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(gè)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(shí)驗(yàn)室條件下的比容量可超300毫安時(shí)/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(shí)驗(yàn)室條件下的比容量為180至220毫安時(shí)/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(shí)成本可媲美磷酸鐵鋰，兼具高能量密度與低成本優(yōu)勢(shì)。
2014年，劉奇在美國(guó)普渡大學(xué)獲得博士學(xué)位后，加入阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究，致力于推動(dòng)原位同步輻射技術(shù)在電化學(xué)反應(yīng)、微波化學(xué)合成反應(yīng)、材料合成、能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化等過(guò)程中原位檢測(cè)、反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方面的應(yīng)用。其間，他關(guān)注到富鋰錳基材料。
“富鋰錳基材料是我2018年來(lái)到港城大后正式開(kāi)展的一項(xiàng)研究?！眲⑵娓嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，該材料很早就被發(fā)現(xiàn)，而多年來(lái)沒(méi)有實(shí)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(guò)程中下降，從而導(dǎo)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Γ牧媳旧矸€(wěn)定性差，導(dǎo)致充放電過(guò)程中電池衰減極其嚴(yán)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(shì)?！?/span>
解決電壓衰減的難題
“富鋰錳基材料要真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，必須攻克電壓衰減這個(gè)問(wèn)題。”劉奇介紹，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(jié)構(gòu)在高電壓下的不穩(wěn)定性有關(guān)，結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致不可逆的氧釋放和結(jié)構(gòu)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(lǐng)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，從原子結(jié)構(gòu)入手，專(zhuān)注于研究如何從根本上增強(qiáng)富鋰材料蜂窩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
他們成功設(shè)計(jì)并在富鋰相中引入過(guò)渡金屬占位，使其可以像帽子一樣覆蓋在蜂窩結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的點(diǎn)上，從而巧妙解決了長(zhǎng)期困擾富鋰錳基材料的電壓衰減問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)用于鋰離子電池的高能正極材料開(kāi)辟了道路。2023年6月，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-能源》。
“我們?cè)跇I(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(chǎng)廣泛使用的正極材料的兩倍?！眲⑵嬲f(shuō)。
從回國(guó)到解決富鋰錳基材料電壓衰減難題，劉奇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)前后花了4年多時(shí)間，但他表示：“因?yàn)閷W(xué)術(shù)界已有十多年的技術(shù)積累，我們是在前人研究的基礎(chǔ)上開(kāi)展了一項(xiàng)循序漸進(jìn)的工作，逐漸對(duì)問(wèn)題有了基本清晰的認(rèn)識(shí)?！彪S著全球新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能市場(chǎng)快速發(fā)展，業(yè)界對(duì)鋰電池能量密度提升的訴求日益迫切?！艾F(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)。”2023年10月，劉奇等人在深圳創(chuàng)辦了速方新能源，希望將技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室推向市場(chǎng)。
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(dòng)本地大學(xué)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(xué)研1+計(jì)劃”，劉奇就是該計(jì)劃的獲益者之一。由他領(lǐng)導(dǎo)的“開(kāi)創(chuàng)下一代鋰離子電池的先進(jìn)正極材料”項(xiàng)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(xué)研1+計(jì)劃”撥款資助。
專(zhuān)業(yè)的事交給專(zhuān)業(yè)的人
在速方新能源，劉奇沒(méi)有親自參與運(yùn)營(yíng)管理，他對(duì)自己的定位是首席科學(xué)家，聚焦公司一些關(guān)鍵技術(shù)的指導(dǎo)。他認(rèn)為，專(zhuān)業(yè)的事應(yīng)該交給專(zhuān)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(shí)驗(yàn)室里的小試完全不一樣，規(guī)模化分離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(xué)家到工程師的角色轉(zhuǎn)換?！?/span>
“在其位，謀其事?！眲⑵姘l(fā)現(xiàn)自己還是更擅長(zhǎng)做科學(xué)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(yàn)證階段。
當(dāng)前，鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)包括提高能量密度和降低成本兩個(gè)方向。其中，高能量密度電池可滿足新能源車(chē)、低空經(jīng)濟(jì)、人形機(jī)器人、可穿戴電子設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)景的輕量化和長(zhǎng)續(xù)航需求。
“我們希望能在4.5伏的電壓下，開(kāi)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。”劉奇透露，速方新能源已向一些低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域客戶送樣，預(yù)計(jì)2026年產(chǎn)生銷(xiāo)售收入。
目前，速方新能源已開(kāi)啟新一輪融資計(jì)劃，希望進(jìn)一步加快研發(fā)進(jìn)度及千噸級(jí)產(chǎn)線建設(shè)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(shù)水平短期內(nèi)無(wú)法完全取代，我們的目標(biāo)是提供補(bǔ)充型方案，在正極材料市場(chǎng)占據(jù)一席之地。”劉奇希望在未來(lái)3至4年內(nèi)，使富鋰錳基正極材料的市場(chǎng)占有率超過(guò)10%。
