3、富锂锰基材料

高容量是锂电池的发展方向之一，但当前的正极材料中磷酸铁锂的能量密度为160Wh/kg，镍钴锰酸锂的能量密度为260Wh/kg，而富锂锰基的理论能量密度未来可达到350Wh/kg，未来潜力很大。

富锂锰基作为正极材料的优势有：1、能量密度高；2、主要原材料丰富。虽然富锂锰基正极材料具有放电比容量的绝对优势，但要将其实际应用于动力锂电池，必须解决以下几个关键科学和技术问题：一是降低首次不可逆容量损失；二是提高倍率性能和循环寿命；三是抑制循环过程的电压衰减。

在国内，产业化的技术壁垒太高，因此企业对富锂锰基的研究几乎没有，据了解，目前遨游动力已研制成功，进入量产阶段。而一些相关科研机构也在继续深入研究。宁波材料所动力锂电池工程实验室的研究团队多年来一直致力于富锂锰基正极材料的研究开发，在制备方法、组分优化、充放电机理和表面改性等方面做了系列有意义的研究工作。

此前，该研究团队发展了一种新颖的气固界面改性方法，让富锂锰基正极材料颗粒表面形成均匀氧空位，从而大大提高了该材料的首次充放电效率、放电比容量和循环稳定性。

气固界面反应原理图和反应前后相应元素分布图

富锂锰基正极材料改性前后的电化学性能

目前解决这些问题的手段有包覆、酸处理、掺杂、预循环、热处理等。富锂锰基虽然克容量优势明显，潜力巨大，但目前限于技术进展较慢，实现产业化仍有更长的路要走。

编辑视点

在锂离子电池方面，一个新材料的出现走向实际产业化应用过程中，充满了无数艰辛和微小的技术进步积累。经过十几年或者几十年的量变积累，最终才能实现质的突破。对现有材料的进一步改进和新材料的探索，仍然是锂电正极材料研发的基本方向。富锂锰基正极材料的出现，让人们认识到了比三元材料理论能量密度更高的存在。不过，就像当初刚出来不久的三元材料一样，除了个别企业提前尝鲜，对整体锂企而言富锂锰基正极材料还在探索阶段，它仍是未来值得期待的新材料之一。

4、硅碳复合负极材料

硅在常温下可与锂合金化，生成Li15Si4相，理论比容量高达3572mAh/g，远高于商业化石墨理论比容量(372mAh/g)，在地壳元素中储量丰富高达26.4%，因而硅负极材料一直备受关注，是非常值得期待的下一代锂离子电池负极材料之一。

然而，硅在充放电过程中存在高达3倍的体积膨胀，严重的体积效应及较低的电导率限制了硅负极技术的商业化应用。为克服这些缺陷，研究者们采用复合化技术，利用“缓冲骨架”补偿材料膨胀。

碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小，具有较好的循环稳定性能，而且碳质负极材料本身是离子与电子的混合导体；另外，硅与碳化学性质相近，二者能紧密结合，因此碳常用作与硅复合的首选基质。

在硅碳复合体系中，硅颗粒作为活性物质，提供储锂容量；碳既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，又能改善硅质材料的导电性，还能避免硅颗粒在充放电循环中发生团聚。因此硅碳复合材料综合了二者的优点，表现出高比容量和较长循环寿命，有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。

从硅碳复合材料的结构出发，可将目前研究的硅碳复合材料分为包覆结构和嵌入结构。

从碳材料的种类选择出发，可以分为石墨、碳纳米管/纳米纤维、石墨烯等。碳纳米管/纳米纤维(CNT/CNF)得益于其高长宽比的优势，与硅复合后，利用其导电性及网络结构可以构建连续的电子传递网络，缓解循环过程中硅的体积变化，抑制颗粒团聚，从而提高硅基负极材料的电化学性能。石墨烯有优异的导电性、高比表面积和良好的柔韧性等特点。

近年来，硅碳负极材料相关技术发展迅速，迄今已有少量产品实现实用化，日本日立集团Maxell公司已开发出一种以“SiO-C”材料为负极的新式锂电池，并成功地应用到诸如智能手机等商业化产品中。

而国内负极材料企业研发硅基材料的情况是：大部分材料商都还处于研发阶段，目前只有上海杉杉已进入中试量产阶段。

编辑视点

硅是目前发现的理论比容量最高的负极材料，但它自身的缺陷也限制了它直接的应用，材料基础研究的好处就在于可以尝试不同的材料与其匹配。碳族元素材质的多样化选择为硅的研究取得突破。硅碳负极复合材料或将实现硅的“第一个吃螃蟹”。尽管硅碳负极锂离子电池距离真正大规模商业化应用仍有大量科学问题亟需解决，但惊人的理论比容量和丰富的储量，吸引了许多企业的眼球，非常值得人们期待。