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2025年3月20日，萬向一二三舉辦了以“求索“為主題的新品發(fā)布會(huì)，不僅發(fā)布了5min能充滿電的閃充Ultra電池，發(fā)布了能量密度高達(dá)860Wh/kg的天距電池，在行業(yè)普遍探索的350-500Wh/kg電池的基礎(chǔ)上又翻倍了。
那么，這款860Wh/kg的超高比能電池用的是什么技術(shù)，其綜合性能怎樣，能否給新能源行業(yè)帶來顛覆性的變革，本文帶您分析。
一、860Wh/kg電池解析
由于860Wh/kg的能量密度實(shí)在是太高了，在進(jìn)行分析之前，筆者先是請(qǐng)教了今年最火的Deepseek, 詢問的問題是“860Wh/kg的鋰電池采用哪種材料體系可以實(shí)現(xiàn)？”。
在其回答中，首先就提到了高容量+高電壓的富鋰錳基以及S正極。其正極材料大概率是在這兩個(gè)體系中篩選的。
雖然Li-S電池具備非常高的能量密度，但是其工作電壓比較低，在2.0~2.4V左右。而在發(fā)布會(huì)上，萬向一二三展示的安全測(cè)試中，明確給出了電池電壓在4.6V左右?？梢姴⒉皇卿嚵螂姵?，而是具備更高電壓的富鋰錳基電池。
在這方面，萬向一二三三年前就憑借富鋰錳基材料入選了2022年度浙江省“領(lǐng)雁”研發(fā)攻關(guān)計(jì)劃。
題目是“高比能高安全電池關(guān)鍵材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”，基于富鋰三元正極和硅氧負(fù)極，開發(fā)350Wh/kg的車用動(dòng)力電池。
富鋰錳基材料跟目前主流層狀三元類似，基本結(jié)構(gòu)是xLi2MO3· (1-x)LiM’O2, 其中后面的M’就是三元材料Ni/Co/Mn的隨機(jī)組合，而前面的M主要是Mn，所以這種材料叫做富鋰錳基。
當(dāng)x=1時(shí)，該材料含有2mol的鋰，分子式為Li2MO3, 就是Li2O·MO2（其中M是4價(jià)的，可不參與反應(yīng)），這樣就是Li2O的氧化還原反應(yīng)，而MO2主要起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，材料理論克容量高達(dá)460mAh/g。
不過實(shí)際上為了實(shí)現(xiàn)可逆，是不可能實(shí)現(xiàn)2mol鋰轉(zhuǎn)移的，一定要增加后面的層狀氧化物LiM’O2來進(jìn)一步穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
而且富鋰錳材料要實(shí)現(xiàn)高容量，必須提高上限電壓，一般的工作電壓范圍是2.0~4.8V，平均電壓在3.4~3.5V左右。
即便如此，目前主流的富鋰錳基材料，其克容量也就300mAh/g左右，按照3.45V的平均電壓，正極材料能量密度1035Wh/kg。
要實(shí)現(xiàn)860Wh/kg的電池能量密度需要正極材料占比達(dá)到83%以上。考慮到常規(guī)正極材料的質(zhì)量占比也就40%~45%，83%的質(zhì)量占比幾乎是無法實(shí)現(xiàn)的。
不過，重慶太藍(lán)新能源2024年4月曾經(jīng)發(fā)布過車規(guī)級(jí)，能量密度高達(dá)720Wh/kg的鋰金屬電池，采用的就是高克容量， 循環(huán)富鋰錳基正極材料，正極質(zhì)量占比接近70%（當(dāng)然要搭配鋰金屬來實(shí)現(xiàn)這個(gè)質(zhì)量占比）
二、富鋰錳基材料如何實(shí)現(xiàn)超高比能
從前面的分析可知，雖然富鋰錳基正極材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了720Wh/kg的能量密度，但是要實(shí)現(xiàn)860Wh/kg的超高比能，還需要在材料層級(jí)的進(jìn)一步創(chuàng)新。
好在北京大學(xué)的夏定國教授是這方面的專家，通過一系列的分析和改性，在2018年通過一個(gè)單層的Li2MnO3，激活穩(wěn)定的陰離子氧的氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了400mAh/g的可逆容量（對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)移1.6mol的鋰，接近常規(guī)高鎳三元的兩倍），能量密度高達(dá)1360wh/kg，是鋰離子電池錳基富鋰正極材料最高可逆容量。
而且放電時(shí)電壓也比較高，達(dá)到了4.6V以上，跟發(fā)布會(huì)上安全測(cè)試的電壓吻合（參考2018年發(fā)表在先進(jìn)材料的文章“A high-capacity O2-type Li-rich cathode material with a single-layer Li2MnO3 superstructure” ）
不過需要注意的是，400mAh/g的克容量是在非常低的電流密度下實(shí)現(xiàn)的，按照10mA/g的放電電流，倍率僅為0.025C。任何增大倍率的放電都會(huì)顯著降低容量。
如果按照材料層級(jí)1360Wh/kg的能量密度，正極材料質(zhì)量占比只需要63.2%就能實(shí)現(xiàn)電芯層級(jí)860Wh/kg的能量密度。
這個(gè)比值跟此前分析的500Wh/kg硅基電池類似，實(shí)現(xiàn)的方式也是接近的。
核心是降低除了正極材料外，其他各種成分的質(zhì)量占比，例如使用超輕復(fù)合集流體，超薄隔膜，超高容量的硅負(fù)極或者鋰金屬負(fù)極等。
根據(jù)高工鋰電的通稿信息，此次萬向123發(fā)布的天距電池核心就是在正極材料上的創(chuàng)新，包括表面氧空位調(diào)控技術(shù)，拓寬電壓窗口；原子級(jí)梯度摻雜技術(shù)，提升材料穩(wěn)定性；以及納米級(jí)包覆技術(shù)，有效防止了材料與電解質(zhì)發(fā)生不良反應(yīng)。
整體來看，這些都是按照富鋰錳基材料高電壓釋氧，進(jìn)而跟電解液發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致容量快速衰減而做的優(yōu)化。
所以除了正極材料外，電解液本身也做了優(yōu)化，通過組分優(yōu)化，不僅能耐高壓，還能捕獲活性氧，保證電池穩(wěn)定。
同時(shí)，獨(dú)特的電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也確保了電池在寬溫域內(nèi)的正常工作。
在零下40度的低溫環(huán)境下，電池容量仍能保持在80%以上；在60度的高溫環(huán)境下，容量保持率達(dá)到100%（這些性能對(duì)層狀正極而言沒啥太特別的）。
不過負(fù)極材料到底是什么，發(fā)布會(huì)上沒有更多的信息，可能是鋰金屬，也可能是超高比能的硅負(fù)極。
如果是硅負(fù)極的話，現(xiàn)在硅碳用流化床工藝的比較普遍，有設(shè)備需求的可聯(lián)系山東貝億特。
應(yīng)用方面，從發(fā)布會(huì)上展示的照片可知，這是一款軟包電池，尺寸并不大，容量估計(jì)在20Ah以內(nèi)，且應(yīng)用場(chǎng)景就沒說是新能源汽車。
萬向主要做的是60V以下的低壓電池，所以這款電池主要應(yīng)用領(lǐng)域是無人機(jī)等低空飛行器（是真的無人的，那種比較輕的無人機(jī)，不是載人的eVTOL）。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，860Wh/kg的天距電池可將低空飛行器的續(xù)航效能提升高達(dá)200%，核心還是打破續(xù)航邊界。
其300次的循環(huán)壽命也只能在電池成本占比比較低的領(lǐng)域來應(yīng)用，并不適合新能源汽車。
小結(jié)：860Wh/kg的超高比能量的電池，采用的并不是大家熟悉的鋰硫電池，而是基于超高克容量的富鋰錳基電池，跟去年太藍(lán)新能源發(fā)布的720Wh/kg鋰金屬電池異曲同工。
不過這款電池的循環(huán)壽命只有300次，而且需要在超低倍率下才能發(fā)揮860Wh/kg的比能量，估計(jì)前期衰減也會(huì)很快。且大容量電池的安全性能未知，初期只會(huì)在無人機(jī)上示范應(yīng)用，在新能源汽車上不會(huì)掀起太大的漣漪。
