動(dòng)力電池預(yù)鋰化專題：正極易于負(fù)極-鐵酸鋰為經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)選擇

1、動(dòng)力電池預(yù)鋰化專題：正極易于負(fù)極_鐵酸鋰為經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)選擇 HYPERLINK /SH600109.html 一、為什么要發(fā)展預(yù)鋰化：高端動(dòng)力電池放量在即1.1 為何補(bǔ)鋰：鋰電池首次充放電活性鋰損失導(dǎo)致 ICE 下降鋰離子電池的首次充放電階段，在負(fù)極材料的界面會(huì)形成主要成分為鋰鹽 的固態(tài)電解質(zhì)界面（Solid Electrolyte Interface，簡(jiǎn)稱 SEI）。形成 SEI 膜是一個(gè)不可逆的過程，活性鋰永久損失造成電首次循環(huán)的庫倫效率 （ICE）降低。因此，在鋰離子電池工作之前，向電芯中摻入犧牲性添加 劑等預(yù)鋰化（也就是“補(bǔ)鋰”）技術(shù)路線應(yīng)運(yùn)而生。1.2 哪些電池需要補(bǔ)鋰：硅基負(fù)極或有高

2、達(dá) 30%不可逆鋰損耗絕大部分鋰離子電池都面臨 SEI 膜形成的問題，但程度不同。鋰電池負(fù)極 材料種類主要包括三類：嵌入脫出負(fù)極材料如商用石墨等、轉(zhuǎn)化型負(fù)極材 料、合金負(fù)極材料；而這三類負(fù)極材料都會(huì)面臨 SEI 膜形成的問題，活性 鋰損失導(dǎo)致 ICE 下降。目前商用石墨為主流負(fù)極材料，但其比容量已接近極限。根據(jù)水桶的 短板效應(yīng)，過去提升鋰電池能量密度的研究方向主要在于正極材料， 但正極材料尤其是高鎳三元能量密度大幅提升后，重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了負(fù)極材 料；目前石墨負(fù)極比容量已接近極限，比容量為石墨 10 倍的硅材料被 認(rèn)為是理想替代品。高端動(dòng)力電池尤其是以硅基作為負(fù)極的動(dòng)力電池，補(bǔ)鋰為必然。高能 量密度的

3、高鎳三元正極配硅碳負(fù)極的高端動(dòng)力電池電池放量在即，但 根據(jù)化學(xué)試劑定制合成網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)于石墨負(fù)極：或有 7-20%的活性鋰 被囚禁在石墨負(fù)極表面，而對(duì)于硅基負(fù)極：或有高達(dá) 30%的活性鋰呆 滯硅中，因此補(bǔ)鋰成為必然。1.3 需要考慮的因素：程度、分解產(chǎn)物、時(shí)間、兼容性以及價(jià)格為了保證補(bǔ)鋰安全性以及經(jīng)濟(jì)性等，預(yù)鋰化主要需要考慮以下五方面因素：預(yù)鋰化程度：不充分的鋰化不能充分提高 ICE，而過度鋰化會(huì)造成 Li 枝晶，即會(huì)在負(fù)極表面結(jié)晶形成樹枝狀金屬鋰，“鋰枝晶”生長(zhǎng)到一定程 度便會(huì)刺破隔膜，造成鋰電池內(nèi)部短路，影響安全，因此預(yù)鋰化程度 需與正極材料匹配。預(yù)鋰化試劑的分解產(chǎn)物：是否存在除了 Li 以

4、外其他非活性殘留物質(zhì)。 例如，若在脫鋰時(shí)添加劑沒有完全分解，則在正極材料中就可能會(huì)有 非活性殘留物（質(zhì)量相同時(shí)，容量等性能取決于活性物質(zhì)占比），增加 了正極重量，影響電池的比能量密度。預(yù)鋰化時(shí)間：時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)增加生產(chǎn)成本。預(yù)鋰化工藝與現(xiàn)有電池生產(chǎn)工藝的兼容性：生產(chǎn)變動(dòng)成本。與現(xiàn)有電 池制備工藝兼容，若與正極材料、粘結(jié)劑以及生產(chǎn)環(huán)境等相兼容，則 會(huì)大幅降低成產(chǎn)變動(dòng)成本。鋰化試劑的價(jià)格：原材料成本，例如穩(wěn)定性金屬鋰粉末（SLMP）價(jià)格 高。二、什么是可工業(yè)化且最經(jīng)濟(jì)的補(bǔ)鋰方式：正極補(bǔ)鋰劑鐵酸鋰，負(fù)極需觀察成本變化2.1 制備端：正極預(yù)鋰化在制備端較負(fù)極預(yù)鋰化更容易預(yù)補(bǔ)鋰技術(shù)主要分為兩種：正極預(yù)鋰化和

5、負(fù)極預(yù)鋰化。負(fù)極預(yù)鋰化即在負(fù) 極中引入活性鋰，用于補(bǔ)償其因 SEI 生長(zhǎng)引起的容量損失；主要有化學(xué)法、 電化學(xué)法等預(yù)鋰化技術(shù)路線。正極預(yù)鋰化是在正極預(yù)先加入活性鋰可以向 負(fù)極釋放鋰離子，補(bǔ)充首次充放電過程中的不可逆容量，主要有添加劑、 過度鋰化正極材料等方法。生產(chǎn)工藝的差別：正極制備較負(fù)極更易 負(fù)極預(yù)鋰化：與 Li 直接接觸與現(xiàn)有的電池產(chǎn)線不兼容且改造成本較高； 添加劑部分活性鋰化試劑能夠在潮濕環(huán)境下使用，與現(xiàn)有生產(chǎn)工藝高 度兼容；電化學(xué)法負(fù)極預(yù)鋰化后需要頻繁電池拆卸、重新組裝，工業(yè) 化生產(chǎn)較難。 正極預(yù)鋰化：添加劑操作簡(jiǎn)便、成本較低且可以直接在正極漿料的勻 漿過程中添加，無需額外工藝改進(jìn)；過

6、嵌鋰正極材料需要額外的生產(chǎn) 步驟來制備。2.1.1 負(fù)極預(yù)鋰化：化學(xué)法是實(shí)現(xiàn)負(fù)極預(yù)鋰化工業(yè)化最有希望和現(xiàn)實(shí)意義的方法就目前負(fù)極預(yù)鋰化存在的問題及業(yè)內(nèi)各企業(yè)解決辦法，化學(xué)法或是實(shí)現(xiàn)負(fù) 極預(yù)鋰化工業(yè)化最有希望和現(xiàn)實(shí)意義的方法。方法一：化學(xué)預(yù)鋰化，包括與金屬 Li 直接接觸及添加劑法。 HYPERLINK /SZ300014.html 1.與金屬 Li 直接接觸：主要包括金屬鋰箔、鋰粉補(bǔ)鋰。 1)鋰箔：在電解液存在的情況下將金屬 Li 箔與電極材料直接接觸，由 于金屬 Li 和電極材料之間存在電勢(shì)差，電子會(huì)流向電極材料，電解液 中 Li+會(huì)進(jìn)入電極材料得到電子。該方法雖然簡(jiǎn)便快捷，但是缺乏對(duì)鋰 化速

7、率和鋰化程度的控制，并且受限于電解液的揮發(fā)和金屬 Li 在空氣 中的高活性。 解 決 ： 鋰 化 速 率 及 程 度 不 易 控 制 的 問 題 。 億緯鋰能專利 CN113707954A（2021）通過在負(fù)極極片表面構(gòu)建一層帶有缺陷的固 態(tài)電解質(zhì)層（包括鋰磷氧氫 LiPON 電解質(zhì)層、聚合物電解質(zhì)層或氮化 鋰 Li3N 電解質(zhì)層中的至少一種），即極片表面的電解質(zhì)層不完整，帶 有大量的孔隙，既不影響鋰離子遷移又可降低反應(yīng)速率，并且該固態(tài) 電解質(zhì)層還可以在一定程度上起到保護(hù)預(yù)鋰化負(fù)極極片的作用。 HYPERLINK /SZ002594.html 2)鋰粉：穩(wěn)定化金屬鋰粉末（SLMP，表面包覆 2

8、-5%的碳酸鋰 Li2CO3） 表面鈍化膜的存在使之穩(wěn)定方便，但其需要在干燥空氣條件下使用， 且成本也較高。 解決：需在干燥空氣中使用的問題。比亞迪專利 CN114122368A （2020）提出一種具有核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括金屬 鋰顆粒和包裹金屬鋰顆粒的有機(jī)物（有機(jī)酯、酸酐或醚類），1.該有機(jī) 物在 80以下為固態(tài)，且當(dāng)補(bǔ)鋰材料應(yīng)用于鋰電池時(shí)，其能溶解于電 解液；2.有機(jī)物的包覆有效阻止了鋰在極片制備過程中與空氣的反應(yīng)，因此降低了對(duì)工藝水平和環(huán)境條件的要求，成本降低，安全隱患也減 少。 HYPERLINK /SZ002594.html 與 Li 直接接觸的其他問題（死鋰）：將補(bǔ)

9、鋰材料壓按或涂覆于負(fù)極材 料表面，當(dāng)鋰金屬與負(fù)極如石墨不接觸或最接近負(fù)極材料的補(bǔ)鋰層消 耗掉以后，容易形成死鋰大幅降低補(bǔ)鋰效率，還有可能形成枝晶，造 成安全隱患。解決：補(bǔ)鋰效率低、枝晶問題。比亞迪專利 CN112993251A（2021） 提供一種補(bǔ)鋰材料，該補(bǔ)鋰材料包括金屬鋰顆粒和導(dǎo)電材料（碳材料， 選自碳納米管、碳纖維和石墨烯中的至少一種），1.其可以透過導(dǎo)電材 料實(shí)現(xiàn)鋰金屬顆粒與負(fù)極材料的電子傳導(dǎo)，增加電子傳導(dǎo)的通道，2. 同時(shí)有助于 Li+的傳輸，實(shí)現(xiàn) Li+的快速嵌入，使補(bǔ)鋰效率顯著提升， 從而有效抑制死鋰的形成，避免形成枝晶刺穿隔膜而造成安全隱患。2.添加劑：選用合適的化學(xué)試劑并優(yōu)

10、化反應(yīng)條件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)負(fù)極材料的直 接高效預(yù)鋰化，如合金材料 Li22Z5（Z=Si、Ge、Sn，etc），但反應(yīng)活性較 高，制備和添加都需要在氬氣保護(hù)的氛圍下進(jìn)行，且與極性溶劑不兼容。 方法二：電化學(xué)預(yù)鋰化，包括原位預(yù)鋰化與非原位預(yù)鋰化。 HYPERLINK /SZ002594.html 負(fù)極材料與 Li 片組裝半電池。鋰化程度可控，但存在 1.首次充放電反應(yīng)復(fù) 雜，涉及電解液復(fù)雜的化學(xué)變化，很難做到精確的補(bǔ)充；2.預(yù)鋰化負(fù)極在 空氣中不穩(wěn)定，化學(xué)反應(yīng)活性高，需要在惰性氣體條件下進(jìn)行后續(xù)電池制 造；3.繁瑣的電池拆卸、重新組裝等問題。 解決：難精確補(bǔ)充問題。比亞迪專利 CN216054872U

11、（2021），通過提出 一種儀器設(shè)備組合聯(lián)用的方法，基于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣相色譜儀、氣相色 譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀等儀器，在電化學(xué)補(bǔ)鋰過程中監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)調(diào)控補(bǔ)鋰過程中的 電解液成分的系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電化學(xué)補(bǔ)鋰過程進(jìn)行管控。a 為非原位鋰化：將負(fù)極極片與金屬鋰組裝成半電池，經(jīng)過充放 電循環(huán)后使負(fù)極達(dá)到設(shè)定的預(yù)鋰化水平，然后與正極極片組裝成電池；b 為原位鋰化：為簡(jiǎn)化拆解、重新組裝電池的過程，該方法在電池組裝過程 中添加金屬鋰作為第三極，將負(fù)極與金屬 Li 作為對(duì)電極進(jìn)行放電，實(shí)現(xiàn)對(duì) 負(fù)極原位補(bǔ)鋰；但該工藝對(duì)電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求較高，且要實(shí)現(xiàn)所有極片均 勻預(yù)鋰化需要使用足夠小的電流經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間完成，同時(shí)還要確保打

12、孔的 正極與負(fù)極極片具有較好的鋰離子擴(kuò)散通道。2.1.2 正極預(yù)鋰化：鐵酸鋰及鎳酸鋰實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，尋找具有高過鋰化容量 的正極材料較難方法一：過嵌鋰的正極材料：具有化學(xué)或電化學(xué)活性，并可以在第一次循 環(huán)中進(jìn)一步釋放多余的鋰，以轉(zhuǎn)化或嵌入負(fù)極的形式補(bǔ)償負(fù)極的活性鋰損 失。 優(yōu)勢(shì)：過鋰化正極材料在去鋰化后，正極不會(huì)有非活性殘留物，不會(huì) 影響電池的比能量密度；缺點(diǎn)：并非所有過度鋰化的正極材料都適用，并且尋找具有高過鋰化 容量的正極材料較難。方法二：添加劑（正極補(bǔ)鋰材料）。正極添加劑補(bǔ)鋰是在正極合漿過程中添 加少量高容量材料，在充電過程中，Li+從高容量材料中脫出補(bǔ)充容量損失。 優(yōu)勢(shì)：添加劑可以直接

13、在正極漿料的勻漿過程中添加，因此只需較少 工藝改進(jìn)，更適合現(xiàn)在的鋰離子電池制造工藝；缺點(diǎn)：如果在脫鋰時(shí)添加劑沒有完全分解，在正極材料中可能會(huì)有非 活性殘留物。完美的正極補(bǔ)鋰材料需要滿足 4 點(diǎn)基本要求： 1)脫鋰電位低于正極材料電壓上限，嵌鋰電位低于正極材料電壓下 限，即需要添加劑在電池工作電壓內(nèi)不可逆脫鋰。 2)補(bǔ)鋰材料應(yīng)具有高的比容量和體積能量密度以保證高效的預(yù)鋰化。 3)補(bǔ)鋰材料應(yīng)與現(xiàn)在通用的制作工藝和電池體系兼容，即需要補(bǔ)鋰 材料及其分解產(chǎn)物在傳統(tǒng)電解液中是穩(wěn)定的，不會(huì)引起鋰離子電池 的性能惡化。 4)補(bǔ)鋰材料具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，即在空氣或較干燥的環(huán)境下需 保持穩(wěn)定。鐵酸鋰（Li5F

14、eO4）及鎳酸鋰（Li2NiO2）滿足完美正極補(bǔ)鋰材料 4 點(diǎn)要求， 但對(duì)于預(yù)鋰化需考慮的 5 方面因素的預(yù)鋰化程度及其分解產(chǎn)物方面仍存在 些許問題。添加劑主要分為三類：二元含鋰化合物、三元含鋰化合物以及 犧牲性鋰鹽。二元含鋰化合物：如氮化鋰（Li3N）、硫化鋰（Li2S）等，理論比容量 高，少量添加就可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)鋰效果，但是化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，硫化鋰、氮 化鋰等還具有毒性，此外，脫鋰產(chǎn)生的副產(chǎn)物如 N2、O2 等氣體需要排 出，否則會(huì)影響電池容量等性能。三元含鋰化合物：如鎳酸鋰（Li2NiO2）、鐵酸鋰（Li5FeO4）等，除鐵 酸鋰（Li5FeO4）（理論容量 870mAh/g）外，通常其容量低于

15、二元含鋰 化合物，滿足完美正極補(bǔ)鋰材料 4 點(diǎn)要求。 犧牲性鋰鹽：雖氧化分解無殘留，但預(yù)鋰化過程會(huì)生成氣體 N2、CO2 等，需要在氣體完全釋放后對(duì)電池進(jìn)行密封，不利于工業(yè)生產(chǎn)。鎳酸鋰（Li2NiO2）：1.首次循環(huán)中，電壓范圍 3.5-4.4V，充放電容量分別 為 340mAh/g、83mAh/g（庫倫效率 CE=24%），意味著 LNO 中有 76%不 可逆的 Li+可用于預(yù)鋰化；2.第二次循環(huán)充放電容量分別為 76mAh/g、 74mAh/g（庫倫效率 CE=97%），在一定程度上允許可逆地嵌鋰和脫鋰， 因此，LNO 不僅可以作為簡(jiǎn)單的預(yù)鋰劑，還可以作為額外的活性材料。但是鎳酸鋰在空氣中

16、不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生快速分解反應(yīng)。鐵酸鋰（Li5FeO4）：1.首次循環(huán)中，電壓范圍 2.5-4.7V，充放電容量分別 為 678mAh/g、110 mAh/g（庫倫效率 CE=16%），意味著 LFO 中有 84% 的不可逆的 Li+可用于預(yù)鋰化，對(duì)應(yīng) 4 個(gè) Li+脫嵌，提取 Li+后引起了結(jié)構(gòu)變 形導(dǎo)致不可逆，沒有明顯的副反應(yīng)；2.由于在 Li+預(yù)摻雜的過程中，只有一 次充電到 4.7V 高電壓，此后都在低于 3.9V 的電壓下工作，脫鋰后鐵酸鋰 的結(jié)構(gòu)為 LiFeO2不會(huì)再參與電化學(xué)反應(yīng)，因此，對(duì)于鐵酸鋰在循環(huán)過程中 釋放的 O2較少，因而導(dǎo)致的安全問題不會(huì)很嚴(yán)重。鐵酸鋰 V.S 鎳酸鋰：根

17、據(jù)深圳研一鎳酸鋰及鐵酸鋰產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比，其鐵酸 鋰純度、首充容量、補(bǔ)鋰容量以及能量密度更高，但同時(shí)殘堿量較鎳酸鋰 也更高。預(yù)鋰化 V.S 無預(yù)鋰化（利用鐵酸鋰預(yù)鋰化）：可以看出摻雜 LFO 可顯著提高充放電效率以及能量密度，Park 等人運(yùn)用 LFO 補(bǔ)鋰劑對(duì) 其設(shè)計(jì)的電池進(jìn)行補(bǔ)鋰，電池容量增加約為 33.33%，但在實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn) 中容量提高小于該值。負(fù)極金屬鋰 V.S 正極鐵酸鋰：負(fù)極預(yù)鋰化與正極預(yù)鋰化的對(duì)比，可以看出利用鐵酸鋰預(yù)鋰化比利用金屬鋰預(yù)鋰化的電池在循環(huán) 200 次后 的循環(huán)穩(wěn)定性以及容量更優(yōu)；利用鐵酸鋰預(yù)鋰化后的電池能 量密度更高。鐵酸鋰及鎳酸鋰的工業(yè)化之路難點(diǎn)之一：制備（如殘堿

18、問題）和使用 鎳酸鋰：從小試階段到中試階段再到工業(yè)化生產(chǎn)較難，成本也相應(yīng)提高， 主要在于： 1）制備方面：燒結(jié)類似三元材料，需要控制氣氛（嚴(yán)格控制材料與空 氣的接觸），否則會(huì)導(dǎo)致殘堿率較高、粒徑較大以及比表面積較小等問 題，不利于鋰離子在材料中的脫出和嵌入； 2）高富鋰材料，使用條件較苛刻：其腐蝕性、吸水性很強(qiáng)，材料顆粒 之間具有較強(qiáng)的團(tuán)聚效應(yīng)，且極其容易氧化，因此在使用過程中必須 嚴(yán)格控制水分含量，一旦吸水會(huì)生成大量的殘堿，損耗設(shè)備。解決：復(fù)合鋰鹽產(chǎn)生協(xié)同作用提高純度，降低殘堿量。如深圳研一生產(chǎn)鎳 酸鋰的相關(guān)專利（CN113571781A，2021），其運(yùn)用符合比例要求的復(fù)合 鋰鹽燒結(jié)后作為

19、鋰源產(chǎn)生協(xié)同作用，比使用單一鋰源純度高、殘堿量低， 最終得到鎳酸鋰純度95%，殘堿總量450時(shí)，氫氧化鋰（LiOH）會(huì)熔解 成液體帶動(dòng)鋰源擴(kuò)散，增加氧化鋰（Li2O）與鎳源之間的接觸，使反 應(yīng)更加充分，而微量的碳酸鋰（Li2CO3）有利于氫氧化鋰（LiOH）以 及氧化鋰（Li2O）在燒結(jié)過程中協(xié)同擴(kuò)散。 若單純以氧化鋰（Li2O）作為鋰源：其熔點(diǎn)高達(dá) 1567，在整個(gè)燒結(jié) 過程中均為固相狀態(tài)，所提供的鋰只能通過固相擴(kuò)散反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)上 反應(yīng)較慢且反應(yīng)程度有限；若單純以氫氧化鋰（LiOH）作為鋰源：會(huì)在燒結(jié)過程釋放大量水分， 導(dǎo)致鎳酸鋰結(jié)塊嚴(yán)重難加工，降低純度及增加殘堿含量；工藝壁壘：復(fù)合鋰鹽并非

20、簡(jiǎn)單混合而是經(jīng)燒結(jié)制成（固相法），簡(jiǎn)單混 合各原料（Li2O、LiOH、Li2CO3）之間仍為分離的物質(zhì)，在燒結(jié)過程 不能起到良好的協(xié)同作用，LiOH 溶解后流動(dòng)帶來的鋰源擴(kuò)散面有限， Li2O 所提供的鋰源仍為固相擴(kuò)散狀態(tài)。鐵酸鋰： 工藝壁壘較高，工藝摸索時(shí)間較長(zhǎng)，主要在于：1.制備方面：1）殘堿問題：燒結(jié)過程中會(huì)加入過量的碳酸鋰或氫氧化 鋰，且燒結(jié)溫度較低（負(fù)極預(yù)鋰化2.2.1 正極補(bǔ)鋰經(jīng)濟(jì)性：鐵酸鋰鎳酸鋰以鐵酸鋰/鎳酸鋰為例：假設(shè)鋰源為碳酸鋰（Li2CO3），鐵源為九水硝酸鐵 （Fe(NO3)39H2O），鎳源為氧化亞鎳（NiO）的情況下，根據(jù)我們計(jì)算， 理論上，生產(chǎn) 1 噸鐵酸鋰（Li

21、5FeO4）需要約 2.61 噸九水硝酸鐵 （Fe(NO3)39H2O）以及 1.19 噸碳酸鋰（Li2CO3）； 理論上，生產(chǎn) 1 噸鎳酸鋰（Li2NiO2）需要約 0.71 噸碳酸鋰（Li2CO3） 以及 0.71 噸氧化亞鎳（NiO）。正極補(bǔ)鋰劑：鐵酸鋰比鎳酸鋰經(jīng)濟(jì)性更好。預(yù)鋰化與鋰價(jià)高度相關(guān)，未來 伴隨鋰價(jià)格下降，降本空間較大。根據(jù)我們計(jì)算， 假設(shè)鎳酸鋰價(jià)格為 50-70 萬元/噸時(shí)，在正極材料中添加鎳酸鋰 3-4%， NCM811 電池能量密度提升 2%左右，成本增加約為 2.43-4.54%； 假設(shè)鐵酸鋰價(jià)格為 70-100 萬元/噸時(shí)，鐵酸鋰添加 1-2%，LFP 電池能 量密度

22、提升 5-6%，成本增加約為 2.32-6.62%。2.2.2 負(fù)極補(bǔ)鋰經(jīng)濟(jì)性：鋰箔補(bǔ)鋰鋰粉補(bǔ)鋰 HYPERLINK /SZ300750.html 負(fù)極預(yù)鋰化與現(xiàn)有的電池產(chǎn)線不兼容，生產(chǎn)變動(dòng)成本較高。根據(jù)各公司生 產(chǎn)設(shè)備專利，負(fù)極鋰箔或鋰粉補(bǔ)鋰需要特定補(bǔ)鋰設(shè)備，如寧德時(shí)代專利CN214428674U（2021）申請(qǐng)一種補(bǔ)鋰設(shè)備，用于將鋰膜覆合于極片，其 制造比正極添加劑更復(fù)雜、制造成本要比正極高，通過產(chǎn)業(yè)鏈分析，通常 情況下，負(fù)極預(yù)鋰化設(shè)備成本將增加 10-15%左右。 此外，金屬鋰的價(jià)格較高，尤其是穩(wěn)定性金屬鋰粉（SLMP）價(jià)格昂貴， 基本在 2000-3000 美元/千克，因此，鋰粉補(bǔ)鋰成

23、本高于鋰箔補(bǔ)鋰。2.2.3 投資強(qiáng)度：年產(chǎn) 1 萬噸鐵酸鋰，投資約為 10-14 億元固相法易制備，但雜質(zhì)較高。高溫固相法通過將兩前驅(qū)體（氫氧化鋰 LiOH 或氧化鋰 Li2O、氧化鐵 Fe2O3）按照一定摩爾比進(jìn)行固相混合、研磨、燒 結(jié)即可得到 Li5FeO4，但該方法要求 Fe2O3 的粒徑足夠小，存在需要多次 燒結(jié)、燒結(jié)反應(yīng)不充分以及產(chǎn)物雜質(zhì)含量較高等問題。 液相法較制備略復(fù)雜，但雜質(zhì)較少。液相法將鐵源、鋰源和有機(jī)酸在溶劑 中混合后加熱得到前驅(qū)體溶液，再進(jìn)行干燥、燒結(jié)可得到純度較高的鐵酸 鋰，其中，鋰源可采用工業(yè)級(jí)碳酸鋰降成本。 HYPERLINK /SZ300769.html 液相法投

24、資強(qiáng)度：德方納米液相法制備補(bǔ)鋰劑，年產(chǎn) 1 萬噸鐵酸鋰，根據(jù) 德方納米投資項(xiàng)目公告，生產(chǎn)所需投資約為 10-14 億元。三、補(bǔ)鋰劑未來在哪：鎳酸鋰邁出第一步，更經(jīng)濟(jì)的鐵酸鋰為第二代，負(fù)極需觀察產(chǎn)業(yè)鏈成本變化3.1 對(duì)于市場(chǎng) ：高端電池放量后，滲透率將快速提升預(yù)鋰化市場(chǎng)空間：高端動(dòng)力電池對(duì)補(bǔ)鋰的需求，將推動(dòng)補(bǔ)鋰劑的滲透率快 速提升，我們預(yù)計(jì)，2023 年滲透率將達(dá) 12%，正極補(bǔ)鋰劑需求有望達(dá) 4.04 萬噸。3.2 對(duì)于行業(yè)：高端動(dòng)力電池放量在即，補(bǔ)鋰劑迎來放量契機(jī)高端動(dòng)力電池放量在即，補(bǔ)鋰劑迎來放量契機(jī)。高端動(dòng)力電池尤其是高鎳 三元配硅碳負(fù)極即將放量，我們預(yù)測(cè)到 2025 年硅基負(fù)極需求量有

25、望將超 50 萬噸。3.3 對(duì)于公司：存在驗(yàn)證壁壘、經(jīng)濟(jì)性壁壘以及工藝壁壘未來展望：具有工藝 know-how 壁壘及經(jīng)濟(jì)性壁壘的頭部企業(yè)至少領(lǐng)先還 未量產(chǎn)企業(yè) 2-3 年 。 驗(yàn)證壁壘：驗(yàn)證周期較長(zhǎng)，進(jìn)入壁壘較高。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈通常情況，預(yù)鋰化 驗(yàn)證周期短則半年長(zhǎng)則 1-1.5 年，先通過測(cè)試且量產(chǎn)的企業(yè)搶占市場(chǎng)，鞏 固其擁有的生產(chǎn)專利先發(fā)優(yōu)勢(shì)，客戶轉(zhuǎn)換成本高，從而擁有較強(qiáng)護(hù)城河。經(jīng)濟(jì)性壁壘：產(chǎn)品差異化程度較高，經(jīng)濟(jì)性差別較大。不同預(yù)鋰化方式的 經(jīng)濟(jì)性差別較大，產(chǎn)品差異化程度較高，如正極補(bǔ)鋰劑鐵酸鋰較鎳酸鋰經(jīng) 濟(jì)性更好。對(duì)于企業(yè)來講，生產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)性更好的預(yù)鋰劑將構(gòu)筑較高經(jīng)濟(jì)性 壁壘。如德方納米生產(chǎn)

26、鐵酸鋰，僅需一次燒結(jié)即可得到純度較高的鐵酸鋰， 有效降低了生產(chǎn)成本；且鐵源為九水硝酸鐵（Fe(NO3)39H2O）、六水氯化 鐵（FeCl36H2O）、硫酸鐵（Fe2(SO4)3）中的任意一種，成本較低，也有 利于降低鐵酸鋰的生產(chǎn)成本。工藝壁壘：存在工藝 know-how 壁壘。各企業(yè)通過其專利解決生產(chǎn)難點(diǎn)及 問題形成工藝壁壘，根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，工藝摸索需 1-1.5 年時(shí)間。如制備鐵酸鋰，工藝 know-how 主要在于冰浴條件、攪拌速度以及加熱處理三方 面： 1.在-15-5的冰浴條件下將鐵源、鋰源和有機(jī)酸混合，可以降低氫 氧化鐵膠體的生成速度，從而使所得氫氧化鐵膠體的粒徑更小，活性 更高；

27、 2.攪拌速度為 180rpm-1800rpm 的條件下進(jìn)行，可使各反應(yīng)物充分接 觸并反應(yīng)，生成粒徑較小、活性高的氫氧化鐵膠體；3.在壓強(qiáng)為 0-30MPa、溫度為 90-200、時(shí)間為 10h-30h 的條件下 加熱處理并攪拌，加熱使混合液中的鋰鹽附著在氫氧化鐵膠體表面形 成前驅(qū)體溶液，攪拌可以使混合液中的鋰鹽和氫氧化鐵膠體充分接觸。專利壁壘：補(bǔ)鋰劑無通式化合物專利壁壘。通式化合物專利一般是指藥品 專利，該類型專利一旦獲得授權(quán)則是對(duì)化學(xué)物質(zhì)或藥物活性分子（API）的 絕對(duì)保護(hù)，通常難以規(guī)避。四、誰能生產(chǎn)出好的補(bǔ)鋰劑：兩超多強(qiáng)，研一已量產(chǎn)，德方預(yù)計(jì)于 4Q22-1Q23 量產(chǎn)4.1 終端：新能

28、源車開始搭載“摻硅補(bǔ)鋰”動(dòng)力電池 HYPERLINK /SZ300750.html 新能源車開始搭載“摻硅補(bǔ)鋰”動(dòng)力電池。特斯拉采用硅基負(fù)極的 4680 電池已經(jīng)量產(chǎn)，其首款搭載 4680 電池的 Model Y 也即將交付；電池廠如 寧德時(shí)代以及比亞迪等在加速研發(fā)，根據(jù)專利，電池廠補(bǔ)鋰技術(shù)路線主要 集中在負(fù)極預(yù)鋰化，其高能量密度以及高循環(huán)的高端動(dòng)力電池都會(huì)添加補(bǔ) 鋰劑，而正極廠如德方納米、深圳研一等補(bǔ)鋰技術(shù)路線主要集中在正極預(yù) 鋰化；目前呈兩超多強(qiáng)局面，深圳研一已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，德方納米處于產(chǎn)能建 設(shè)階段，其他廠商如比亞迪、億緯鋰能、國軒高科、遠(yuǎn)景動(dòng)力、杉杉能源 以及珠海冠宇等已布局大量補(bǔ)鋰相關(guān)專

29、利。4.2 車廠&電池廠：特斯拉、比亞迪4.2.1 特斯拉：預(yù)鋰化在應(yīng)用以及技術(shù)層面都有助推力應(yīng)用層面：硅基負(fù)極+預(yù)鋰化。特斯拉采用硅基負(fù)極的 4680 電池已經(jīng)量產(chǎn)， 其首款搭載 4680 電池的 Model Y 也即將交付。 技術(shù)層面：干電極+預(yù)鋰化。特斯拉收購 Maxwell 兩年后出售，但保留其 干電極技術(shù)，該技術(shù)不僅利于負(fù)極預(yù)鋰化也利于正極預(yù)鋰化。負(fù)極預(yù)鋰化：由于采用金屬鋰粉預(yù)鋰化方式需要在干燥空氣條件下進(jìn) 行，濕法工藝制備電極需干燥后補(bǔ)鋰，增加了成本且安全性也較差， 而干電極技術(shù)使之安全性提升，其專利 CN110537269A（2018），用 干法工藝制備電極，并通過與金屬鋰直接接

30、觸補(bǔ)鋰，且也可采用普通 的鋰塊等金屬鋰源，成本較于穩(wěn)定性金屬鋰粉也大幅降低。正極預(yù)鋰化：濕法工藝制備電極，正極添加劑可能與溶劑如 PVDF 和 N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)反應(yīng)，產(chǎn)生影響電池性能的副產(chǎn)物，而干法 制備電極可以將正極添加劑結(jié)合到電極中而不暴露于溶劑，其專利 CN113574697A（2020）利用干法制備電極并進(jìn)行正極預(yù)鋰化。4.2.2 比亞迪：超強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，補(bǔ)鋰相關(guān)專利 20 余項(xiàng)超強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，補(bǔ)鋰相關(guān)專利 20 余項(xiàng)。公司補(bǔ)鋰相關(guān)專利 20 余項(xiàng)，最早 可追溯到 2004 年，根據(jù)申請(qǐng)時(shí)間，2020 年至今共申請(qǐng) 16 項(xiàng)補(bǔ)鋰相關(guān)專 利，主要為負(fù)極預(yù)鋰化，包括發(fā)明一種補(bǔ)鋰材料避免形成死鋰而造成枝晶現(xiàn)象。 通過核殼結(jié)構(gòu)解決金屬鋰粉末活性高難應(yīng)用的問題。通過儀器設(shè)備組合聯(lián)用對(duì)補(bǔ)鋰池中電解液成分精準(zhǔn)調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)電化學(xué) 補(bǔ)鋰過程進(jìn)行管控解決無法精準(zhǔn)補(bǔ)充鋰的問題。 通過提供一種補(bǔ)鋰集流體解決現(xiàn)有的在負(fù)極上