在CIBF2023论坛上，中科(kē)院物(wù)理(lǐ)所黄學(xué)杰研究员将锂電(diàn)正极材料的发展划分(fēn)成三代，第一代是锰酸锂，第二代是磷酸铁锂与三元，第三代是尖晶石镍锰酸锂（LiNi0.5Mn1.5O4，简称LNMO）和镍酸锂。从上述观点可(kě)看出，黄老师认為(wèi)尖晶石镍锰酸锂和镍酸锂是取代磷酸铁锂和三元材料的第三代正极材料。

这篇文(wén)章主要讨论LNMO，关于镍酸锂后续再与大家探讨。除了黄老师提出LNMO将成為(wèi)第三代正极材料的观点外，中航锂電(diàn)、比克、蜂巢能(néng)源均有(yǒu)类似的公开观点和研发规划。

中航锂電(diàn)乘用(yòng)車(chē)事业部总经理(lǐ)謝(xiè)秋在中國(guó)電(diàn)动汽車(chē)百人会报告中提到，现在正常的NCM 5系、6系的材料，锂只用(yòng)到了70%，其他(tā)30%的锂是不参与充放電(diàn)的，这是一种资源的巨大浪费。LNMO参与反应的锂可(kě)以达到95%，与LFP的锂利用(yòng)率差不多(duō)，但是LNMO能(néng)量密度又(yòu)比LFP高很(hěn)多(duō)。如果现在锂的利用(yòng)率从70%提升到95%，意味着行业对于锂的需求能(néng)下降大约30%。低镍高锰从成本和资源的角度，LNMO正是下一代電(diàn)池材料的候选方案。

比克電(diàn)池首席科(kē)學(xué)家林建博士在2022高工锂電(diàn)年会报告中提到，在高压化发展趋势下，LNMO已成為(wèi)正极发展的主流方向之一，LNMO比容量可(kě)达133mAh/g，能(néng)量密度625Wh/kg，倍率性能(néng)优异，且材料成本优势明显，可(kě)取代LFP和LMO应用(yòng)在電(diàn)动工具和储能(néng)领域。相信随着正极材料包覆、掺杂和高電(diàn)压電(diàn)解液技术的发展，5V尖晶石镍锰酸锂材料会是行业又(yòu)一大有(yǒu)前途的材料。

蜂巢能(néng)源材料事业部李子郯总经理(lǐ)在ABCA-5國(guó)际论坛报告中讲到，蜂巢能(néng)源将无钴正极材料作為(wèi)未来的主要发展方向，包括三条路線(xiàn)：

1）Ni75单晶（190mAh/g已量产）；

2）无钴锂（预研）；

3）无钴尖晶石镍锰酸锂（技术储备，受限于高電(diàn)压電(diàn)解液）。

LNMO之所以被看成第三代正极材料，是因為(wèi)具有(yǒu)以下优点：

1）低成本，因為(wèi)LNMO真正实现了无钴化（钴成本高），以过渡金属Mn為(wèi)主（锰成本低），价格相对于LFP降低20%，相对于三元降低40%；

2）高能(néng)量密度，LNMO相对于LFP能(néng)量密度提升22.5%

LNMO实际容量：135mAh/g（理(lǐ)论放電(diàn)容量146.7mA·h/g），LNMO平均電(diàn)压：4.5V；LFP实际容量：155mAh/g，LFP平均電(diàn)压：3.2V

LNMO相对LFP能(néng)量密度提升：（4.5×135-3.2×155）/(3.2×155)=(607.5-496)/496=22.5%

3）锂用(yòng)量低，提供相同能(néng)量，LNMO用(yòng)锂量為(wèi)LFP的70.5%

LNMO摩尔质量：183g/mol，LFP摩尔质量：158g/mol

提供相同能(néng)量1wh，需要锂含量比较：

LNMO需要锂的质量為(wèi)：（1000/607.5）×（7/183）=0.0630g

LFP需要锂的质量為(wèi)：（1000/496）×（7/158）=0.0893g

0.0630/0.0893=70.5%，即提供相同能(néng)量，LNMO相对于LFP节省Li使用(yòng)量近30%。

虽然LNMO有(yǒu)很(hěn)多(duō)优点，被行业内众多(duō)企业和研究机构看好，但一直為(wèi)什么没有(yǒu)进入量产呢(ne)？主要因為(wèi)LNMO存在锰溶出、无合适的耐高压電(diàn)解液匹配，导致容量衰减快。

黄老师能(néng)够提出LNMO将是第三代正极材料，说明他(tā)们已经解决了LNMO面临的大部分(fēn)主要问题，材料已经满足工程化应用(yòng)的条件。

根据黄老师项目组前期在行业内公开的信息，2020年底，松山(shān)湖(hú)实验室现已具备300kg/d的规模化能(néng)力（130mAh/g、2000次循环）。装成LNMO/石墨软包電(diàn)池，100周循环保持率97%，效率99.9%，克服了電(diàn)池體(tǐ)系高電(diàn)压下的稳定性，同时软包電(diàn)池循环100周也很(hěn)稳定，没有(yǒu)产气。通过阻抗分(fēn)析，循环100周阻抗很(hěn)稳定。联合下游的合作伙伴做成100Ah的铝壳電(diàn)池，充電(diàn)到4.8V，做针刺试验，没有(yǒu)起火、没有(yǒu)爆炸，说明高電(diàn)压镍锰酸锂有(yǒu)很(hěn)好的安全性。

根据2023年报告内容，组装的32Ah LNMO/石墨软包动力電(diàn)池，12min可(kě)实现20%SOC到80%SOC、-20℃放電(diàn)容量保持率94.6%、循环寿命超过3000次。 LNMO電(diàn)池的體(tǐ)积能(néng)量密度超过LFP 50%。

通过黄老师介绍物(wù)理(lǐ)所和松山(shān)湖(hú)材料实验室关于LNMO的研究成果，可(kě)以了解到LNMO确实已达到了工程化应用(yòng)要求。

上述成果经过了黄老师项目组17年的持续研发，对LNMO锰溶出问题、高電(diàn)压電(diàn)解液问题、匹配的電(diàn)池应用(yòng)技术（铝箔的预处理(lǐ)、PVDF的替换、导電(diàn)剂的选型）有(yǒu)系列的技术解决方案。小(xiǎo)研近期围绕黄老师项目组解决LNMO锰溶出问题的五个不同阶段技术方案进行较全面的调研，有(yǒu)感兴趣的朋友可(kě)以联系小(xiǎo)研深入交流。

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