另辟蹊径，他们为消费级电池提供“未来方案”

刘奇在实验室。

■本报记者 沈春蕾

来自证券机构的分析预测显示，2025年正极材料整体需求持续增长，同时正极材料行业面临着深度调整和加速洗牌，业界也在寻找新的技术和产品。

深圳速方新能源科技有限公司（以下简称速方新能源）就是被资本市场看好的一员。近期，该公司宣布完成千万元天使+轮融资。本轮融资将用于富锂锰基正极材料系列产品研发、产线建设等方面。

“富锂锰基材料拥有高达300毫安时/克的比容量，远超目前主流商业化应用的三元镍钴锰和磷酸铁锂等正极材料。”日前，速方新能源联合创始人、香港城市大学（以下简称港城大）物理学系副教授刘奇在接受《中国科学报》采访时表示，团队正在推动富锂锰基正极材料的产业化工作，希望早日实现商业化的突破。

为何多年没有产业化

在正极材料领域，三元镍钴锰和磷酸铁锂两款材料长期占据动力电池与储能电池的主导地位，是目前消费级电池产业的主流。而富锂锰基材料则是公认的面向未来的超高能量密度技术路线。

美国阿贡国家实验室在本世纪初首次报道了富锂锰基层状氧化物体系，指出其在高电压下具有超200毫安时/克的高比容量，从而掀起了富锂锰基材料的研究热潮。

电池正极材料的能量密度由两个核心要素决定——比容量和工作电压，两者乘积决定了材料能量密度的理论值。

已有研究发现，富锂锰基材料在实验室条件下的比容量可超300毫安时/克，且在大于4.5伏高压区间仍能保持良好的稳定性；而高镍三元材料在实验室条件下的比容量为180至220毫安时/克。此外，由于镍、钴等贵金属用量减少，富锂锰基材料能够大幅降低生产成本，单瓦时成本可媲美磷酸铁锂，兼具高能量密度与低成本优势。

2014年，刘奇在美国普渡大学获得博士学位后，加入阿贡国家实验室从事博士后研究，致力于推动原位同步辐射技术在电化学反应、微波化学合成反应、材料合成、能量储存和转化等过程中原位检测、反应机理和反应动力学研究方面的应用。其间，他关注到富锂锰基材料。

“富锂锰基材料是我2018年来到港城大后正式开展的一项研究。”刘奇告诉《中国科学报》，该材料很早就被发现，而多年来没有实现产业化的原因是材料本身具有一大缺陷，其工作电压在循环过程中下降，从而导致电池能量密度的持续衰减。

刘奇指出：“富锂锰基材料虽然具备发展潜力，但材料本身稳定性差，导致充放电过程中电池衰减极其严重，循环使用寿命极短，此前并不具备大规模产业化的优势。”

解决电压衰减的难题

“富锂锰基材料要真正实现产业化，必须攻克电压衰减这个问题。”刘奇介绍，富锂锰基材料由两相组成——层状相和富锂单斜相。在原子尺度上，电压衰减与富锂相的蜂窝结构在高电压下的不稳定性有关，结构的不稳定会导致不可逆的氧释放和结构退化，这是造成富锂锰基材料电压衰减的最主要原因。

为此，刘奇带领团队另辟蹊径，从原子结构入手，专注于研究如何从根本上增强富锂材料蜂窝结构的稳定性。

他们成功设计并在富锂相中引入过渡金属占位，使其可以像帽子一样覆盖在蜂窝结构不稳定的点上，从而巧妙解决了长期困扰富锂锰基材料的电压衰减问题，为开发用于锂离子电池的高能正极材料开辟了道路。2023年6月，相关研究成果发表于《自然-能源》。

“我们在业内首次研发出超低电压衰减的富锂锰基正极材料，其比容量几乎是目前市场广泛使用的正极材料的两倍。”刘奇说。

从回国到解决富锂锰基材料电压衰减难题，刘奇带领团队前后花了4年多时间，但他表示：“因为学术界已有十多年的技术积累，我们是在前人研究的基础上开展了一项循序渐进的工作，逐渐对问题有了基本清晰的认识。”随着全球新能源汽车和储能市场快速发展，业界对锂电池能量密度提升的诉求日益迫切。“现在主流正极材料能量密度已经逼近理论极限，我们非常看好富锂锰基正极材料，于是决定自己创业。”2023年10月，刘奇等人在深圳创办了速方新能源，希望将技术从实验室推向市场。

谈及创业，刘奇非常感谢香港特别行政区政府和港城大的支持。为推动本地大学科技成果转化和商品化，香港特别行政区政府在2023年10月推出“产学研1+计划”，刘奇就是该计划的获益者之一。由他领导的“开创下一代锂离子电池的先进正极材料”项目，在提升锂电池核心材料性能方面取得了重大突破，在今年6月获得“产学研1+计划”拨款资助。

专业的事交给专业的人

在速方新能源，刘奇没有亲自参与运营管理，他对自己的定位是首席科学家，聚焦公司一些关键技术的指导。他认为，专业的事应该交给专业的人去做。

作为联合创始人，刘奇深切感受到中试放大和实验室里的小试完全不一样，规模化分离纯化的核心目的是降低成本和工艺难度。“公司成立初期，大家讨论最多的话题是如何完成从科学家到工程师的角色转换。”

“在其位，谋其事。”刘奇发现自己还是更擅长做科学研究，公司发展需要既懂理论又懂规模生产的工程师。他介绍，速方新能源上下还处于磨合期，产品尚在验证阶段。

当前，锂离子动力电池的发展趋势包括提高能量密度和降低成本两个方向。其中，高能量密度电池可满足新能源车、低空经济、人形机器人、可穿戴电子设备等应用场景的轻量化和长续航需求。

“我们希望能在4.5伏的电压下，开发出一款富锂锰基材料，性能可以媲美现有高镍三元或中镍三元材料的水平，但成本可以降低一半。”刘奇透露，速方新能源已向一些低空经济领域客户送样，预计2026年产生销售收入。

目前，速方新能源已开启新一轮融资计划，希望进一步加快研发进度及千吨级产线建设的步伐。

“我们并非想取代现有的正极材料，也深知目前的技术水平短期内无法完全取代，我们的目标是提供补充型方案，在正极材料市场占据一席之地。”刘奇希望在未来3至4年内，使富锂锰基正极材料的市场占有率超过10%。