1、2022年年1月月20日日新能源汽车行业新技术与新材料专题报告（一）新能源汽车行业新技术与新材料专题报告（一）预锂化与补锂添加剂预锂化与补锂添加剂目录目录CONTENTS11.1. 起因：为何要补锂？起因：为何要补锂？2.2. 正极补锂与补锂添加剂正极补锂与补锂添加剂3.3. 工业化进展工业化进展4.4. 总结总结kYNBvXtQqQqQrR6M8QaQoMqQpNoMiNqQpOlOnPoP8OmMvMvPtRtONZpNsQ2起因：为何要补锂？起因：为何要补锂？I.I.预锂化预锂化II.II. 正极补锂正极补锂vsvs负极补锂负极补锂3 3普遍问题：普遍问题：在锂离子电池首次充电过程中，有

2、机电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI)膜，永久地消耗大量来自正极的锂，造成首次循环的库仑效率(ICE)偏低，降低了锂离子电池的容量和能量密度。为了解决这个问题，人们研究了“预锂化预锂化” 技术技术。资料来源：电动知家电化学预锂化过程电化学预锂化过程牺牲电极的预锂化方法牺牲电极的预锂化方法预锂化：预锂化：提高电池的总容量和能量密度提高电池的总容量和能量密度的有效路径的有效路径4 4“预锂化预锂化”（也被称为也被称为“预嵌锂预嵌锂”、“补锂补锂”）描述的是在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子描述的是在锂离子电池工作之前向电池内部增加锂来补充锂离子。通过预锂化

3、对电极材料进行补锂通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度以提高电池的总容量和能量密度。预锂化技术包括负极补锂和正极补锂预锂化技术包括负极补锂和正极补锂。资料来源：中信证券研究部典型的预锂化过程典型的预锂化过程补锂的主要方式补锂的主要方式预锂化：预锂化：提高电池的总容量和能量密度提高电池的总容量和能量密度的有效路径的有效路径5 5负极补锂的方式包括锂箔补锂负极补锂的方式包括锂箔补锂、锂粉补锂锂粉补锂、硅化锂粉补锂和电解锂盐水溶液补锂等硅化锂粉补锂和电解锂盐水溶液补锂等。目前负极补锂仍然受限于电池制造工艺上的几大难

4、题目前负极补锂仍然受限于电池制造工艺上的几大难题：金属锂的使用与生产环境金属锂的使用与生产环境、常规溶剂常规溶剂、粘结剂以及热处理过程等粘结剂以及热处理过程等不兼容不兼容，使得负极的补锂之路荆棘丛生使得负极的补锂之路荆棘丛生。作为一种替代的技术路线作为一种替代的技术路线，不少针对正极材料的补锂添加剂得以进入研究范畴不少针对正极材料的补锂添加剂得以进入研究范畴。资料来源：锂电前沿锂箔补锂锂箔补锂锂粉补锂锂粉补锂正极补锂正极补锂vs负极补锂负极补锂6 6与与难度大难度大、高投入的负极补锂相比高投入的负极补锂相比，正极补锂简便得多：正极补锂简便得多：典型的正极补锂是在正极合浆过程中添加少量高容量材料

5、，在充电过程中，Li+从高容量材料中脱出，补充首次充放电的不可逆容量损失。正极补锂因高安全性正极补锂因高安全性、无需改变现有电池生产工艺而最具有工业应用前景无需改变现有电池生产工艺而最具有工业应用前景。目前目前，作为正极补锂添加剂的材料主要作为正极补锂添加剂的材料主要有：富有：富锂化合物锂化合物、基于转化反应的纳米复合材料和二元锂化合物等基于转化反应的纳米复合材料和二元锂化合物等。资料来源：中信证券研究部正极预锂化过程及其对锂离子电池性能的影响正极预锂化过程及其对锂离子电池性能的影响补锂添加剂的主要材料补锂添加剂的主要材料正极补锂正极补锂vs负极补锂负极补锂7正极补锂与补锂添加剂正极补锂与补锂

6、添加剂I.I.理想的正极补锂剂：四个条件理想的正极补锂剂：四个条件II.II. 常见的正极补锂剂及相关专利常见的正极补锂剂及相关专利8 8理想的正极补锂剂：四个条件理想的正极补锂剂：四个条件补锂材料应展现出足够高的比能量和体积能量密度，通常不可逆容量大于350mA h/g理想的补锂剂电压容量稳定兼容正极补锂材料的脱锂电位应低于正极材料的电压上限，嵌锂电位应低于正极材料的电压下限正极补锂材料应与现在通用的制作工艺和电池体系相兼容正极补锂材料具有良好的环境稳定性，在空气或较干燥的环境下能够保持稳定容量稳定9 9Li2NiO2是一种常见的用于正极补锂的富锂化合物是一种常见的用于正极补锂的富锂化合物，

7、但其缺点不容忽视：但其缺点不容忽视：（1）稳定性差：稳定性差： Li2NiO2在空气中的稳定性较差，结构不稳定，在高电位下易与电解液发生副反应；（2）阻抗较大阻抗较大： Li2NiO2的加入会影响电池的循环性能和倍率性能。对对Li2NiO2的合理改性的合理改性，能够使其发挥优异的补锂效果：能够使其发挥优异的补锂效果：如M. G. Kim等使用异丙醇铝对Li2NiO2进行改性，合成了在空气中稳定的氧化铝包覆的Li2NiO2材料，补锂效果优异。资料来源：Journal of Materials Chemistry高富锂高富锂 LNO 材料的材料的 XRD 图图空气中稳定的氧化铝包覆的空气中稳定的氧

8、化铝包覆的 Li2NiO2 材料材料常见的正极补锂剂之一：常见的正极补锂剂之一：Li2NiO2（LNO）1010国内亦有专利采用LNO作为补锂添加剂进行正极补锂：深圳市比克动力电池有限公司采用专利技术（CN109786746A）制备碳包覆Li2NiO2正极补锂添加剂，能够有效提高电池容量，同时不降低电池的循环性能和倍率性能。深圳市研一新材料有限责任公司专利（CN113571781A）制得正极补锂剂Li2NiO2纯度95，残碱总量3，首次充电克容量为420465mAh/g，不可逆容量为260340mAh/g。其制备方法简单，容易控制，成本低且环保，有利于工业化生产。CN109786746A资料来

9、源：专利说明书CN113571781A比克动力电池专利：碳包覆的比克动力电池专利：碳包覆的LNO补锂剂补锂剂研一新材料专利：高纯度研一新材料专利：高纯度LNO补锂剂补锂剂常见的正极补锂剂之一：常见的正极补锂剂之一：Li2NiO2（LNO）1111Li5FeO4同样属于富锂化合物：同样属于富锂化合物：理论上每摩尔理论上每摩尔Li5FeO4可以提供可以提供5个个Li+，比容量可高达比容量可高达867mAh/g。通过在传统的正极材料中混入一定量通过在传统的正极材料中混入一定量Li5FeO4，可以显著提高锂离子电池首次效率和能量密度可以显著提高锂离子电池首次效率和能量密度。当前技术研究的重点：提高当前

10、技术研究的重点：提高Li5FeO4材料在空气环境中的化学稳定性和导电性材料在空气环境中的化学稳定性和导电性。资料来源：起点锂电，中信证券研究部LFO材料的优点材料的优点LFO材料的缺点材料的缺点常见的正极补锂剂之二：常见的正极补锂剂之二：Li5FeO4（LFO）LFO：优点：优点合成工艺简单合成工艺简单材料价格低廉材料价格低廉补锂安全性高补锂安全性高LFO：缺点：缺点化学稳定性差化学稳定性差材料导电性差材料导电性差表面残碱过高表面残碱过高1212湖南杉杉能源科技股份有限公司提供了一种0.8-2.6m小粒径 Li5FeO4的制备方法（CN112028126A），使得锂离子扩散的距离短、倍率性能好

11、、相对内阻小。深圳市德方纳米科技股份有限公司则在Li5FeO4的制备工艺上取得专利（CN112117433A），步骤简单，适合工业化生产；进而通过沉积法将补锂剂与电池正极原料混合（CN113555538A）最终制得无碳高容量正极材料。CN112028126A资料来源：专利说明书CN113555538A杉杉能源：添加杉杉能源：添加LFO的锂电池首次充放电曲线图的锂电池首次充放电曲线图德方纳米：无碳高容量正极材料的电池容量发挥图德方纳米：无碳高容量正极材料的电池容量发挥图常见的正极补锂剂之二：常见的正极补锂剂之二：Li5FeO4（LFO）1313二元锂化合物二元锂化合物Li2O作为补锂剂作为补锂剂

12、，比容量高比容量高，但是导电性不好但是导电性不好，同时在高电位下可能会出现金属溶出同时在高电位下可能会出现金属溶出，影响电芯性能影响电芯性能。国轩高科制备了一种基于转化反应的rGOLi2O/Co纳米复合物（CN112290022A）：Li2O/Co作为纳米颗粒附着在石墨烯表面，进而提高导电性。亿纬锂能为补锂剂材料Li2O和金属M包覆了外壳SiOx和碳（CN111193019A）。通过包覆处理，可以提高材料的导电性以及金属的稳定性，减少其溶出，并且可以完全兼容现有的锂电池加工制造技术。CN112290022A资料来源：专利说明书CN111193019A国轩高科：添加国轩高科：添加rGOLi2O/

13、Co的电池倍率曲线图的电池倍率曲线图亿纬锂能：添加补锂剂的电池循环性能与对比亿纬锂能：添加补锂剂的电池循环性能与对比常见的正极补锂剂之三：常见的正极补锂剂之三： Li2O14工业化进展工业化进展I.I.国内厂商补锂工业化进展国内厂商补锂工业化进展II.II. 已实现量产：深圳研一已实现量产：深圳研一III.III.产能建设阶段：德方纳米、国轩高科产能建设阶段：德方纳米、国轩高科IV.IV. 布局相关专利：亿纬锂能、杉杉能源、欣旺达、华为等布局相关专利：亿纬锂能、杉杉能源、欣旺达、华为等1515国内厂商补锂工业化进展国内厂商补锂工业化进展资料来源：各公司官网，中信证券研究部国内厂商补锂工业化进展

14、国内厂商补锂工业化进展实现量产：实现量产：研一新材料产能建设：产能建设：德方纳米专利布局：专利布局：亿纬锂能、杉杉能源、欣旺达、华为、珠海冠宇、比克动力、安普瑞斯、国轩高科等 16162021年年3月月，研研一新材料年产一新材料年产2000吨吨LNO顺利实现批量销售顺利实现批量销售。LNO项目由创始人岳敏先生主导、归国博士团队领衔，该项目已达年产2000吨的产能，我们预计二期4万平方米新基地将于2022年投产，年产能将达到8000吨。2021年年12月月，具有更高容量的富锂铁酸锂具有更高容量的富锂铁酸锂（LFO）正极补锂添加剂也成功量产正极补锂添加剂也成功量产。搭配磷酸铁锂体系补锂，可实现大幅

15、提升其能量密度。该产品容量提升150%，同比循环提升30%以上，且成本降低20%以上。该项目已具备年产1800吨产能，二期扩产已进入产线设计，我们预计2022年7月投产，将新增产能7000吨/年。网资料来源：研一新材料官网LNO与与LFO性能对比性能对比LNO与与LFO充放电容量对比充放电容量对比已实现量产已实现量产深圳研深圳研一新材料一新材料1717年产年产2.5万吨补锂剂项目万吨补锂剂项目，推动补锂剂项目产业化：推动补锂剂项目产业化：德方纳米2021年9月29日晚间公告，公司与曲靖市人民政府、曲靖经济技术开发区管理委员会签订了年产2.5万吨补锂剂项目投资协议，公司拟在曲靖经济技术开发区建设

16、“年产2.5万吨补锂剂项目”，项目总投资约35亿元。该补锂剂已通过下游客户的小批量验证，进入产业化阶段。补锂剂补锂剂+新型磷酸盐系正极材料新型磷酸盐系正极材料，协同打造高容量：协同打造高容量：对比LFP材料，新型磷酸盐系正极材料具有更高的电压平台，且保留了磷酸铁锂电芯的安全性及低成本特性。补锂添加剂材料和新型磷酸盐系正极材料复合使用后，对比现有磷酸铁锂电池能量密度提升约20%。目前共计布局10万吨新型磷酸盐系正极产能。CN112117433A资料来源：专利说明书CN112117433A德方纳米专利技术制备高纯度铁酸锂德方纳米专利技术制备高纯度铁酸锂SEM图图德方纳米专利技术制备高纯度铁酸锂德方

17、纳米专利技术制备高纯度铁酸锂X射线衍射图射线衍射图产能建设阶段：德方纳米产能建设阶段：德方纳米1818布局相关专利：传统电池厂商布局相关专利：传统电池厂商高容量需求推动下高容量需求推动下，国内厂商纷纷布局预锂化技术：国内厂商纷纷布局预锂化技术：亿纬锂能、杉杉能源、欣旺达、珠海冠宇、比克动力、安普瑞斯等企业已取得相关专利。如欣旺达采用专利技术制备钒氧锂盐Li4+xV2O5作为正极补锂添加剂，用在高镍-硅高能量密度体系，显著提升电芯首效，进而提升电芯能量密度，且具有产气量低、稳定性好、循环寿命长等优点；又如珠海冠宇以Li3N为原料，制得化学式为Li3x+yNxFaClbBrcId的补锂添加剂，稳定性、安全性较高，且能够兼容现有的锂离子电池生产工艺，便于大型推广利用。