Катодный материал третьего поколения LNMO приближается к массовому производству и применению

Август 2025 г. – В последние годы индустрия литиевых аккумуляторов добилась непрерывного прогресса в разработке катодных материалов. На форуме CIBF2023 профессор Хуан Сюэцзе из Института физики Китайской академии наук разделил эволюцию катодных материалов на три поколения: первое поколение – оксид лития-марганца (LMO), второе – фосфат лития-железа (LFP) и тройные материалы, а третье – оксид лития-никеля-марганца шпинельного типа (LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄, или LNMO) и оксид лития-никеля.

Среди них LNMO считается ведущим кандидатом на роль катодных материалов нового поколения благодаря высокому рабочему напряжению, повышенной плотности энергии и низкой стоимости. Он рассматривается как перспективная альтернатива как LFP, так и тройным системам. Несколько ведущих компаний-производителей аккумуляторов проявили большой интерес к LNMO и активно занимаются исследованиями и разработками, а также создают технологические резервы.

Преимущества технологии LNMO

lОтсутствие кобальта и экономичность: LNMO не содержит кобальта и состоит в основном из марганца. Стоимость материала примерно на 20% ниже, чем у LFP, и на 40% ниже, чем у тройных катодов.

lВысокая плотность энергии: при разрядной платформе до 4,5 В (по сравнению с 3,2 В для LFP) LNMO обеспечивает увеличение плотности энергии на единицу массы на 22,5%.

lУлучшенное использование лития: LNMO повышает использование ресурсов лития примерно с 70% (типично для тройных материалов) до примерно 95%, значительно снижая потребление лития.

lПревосходная объемная плотность энергии: элементы LNMO обеспечивают до 50% более высокую объемную плотность энергии, чем элементы LFP, что делает их идеальными для применений со строгими ограничениями по объему, например в легковых электромобилях и системах накопления энергии.

Инженерные прорывы и готовность к производству

Несмотря на свои преимущества, коммерциализация LNMO долгое время сдерживалась техническими проблемами, а именно нестабильностью электролита при высоком напряжении и снижением ёмкости, вызванным растворением марганца. Однако после 17 лет исследований команда профессора Хуана постепенно преодолела эти препятствия.

Согласно общедоступным данным, лаборатория озера Суншань уже достигла суточной производительности в 300 кг материала LNMO. Более того, разработанные в лаборатории мягкие аккумуляторы LNMO/графит прошли тщательные испытания, продемонстрировав:

lБолее 3000 циклов зарядки-разрядки с сохранением 97% емкости после 100 недель

lСохранение емкости 94,6% при -20°C

lБыстрая зарядка: аккумуляторная батарея емкостью 32 А·ч заряжается с 20% до 80% уровня заряда всего за 12 минут

lБезопасность: призматический элемент емкостью 100 А·ч, заряженный до 4,8 В, прошел испытание на проникновение гвоздя без возгорания или взрыва.

Кроме того, группа разработала комплексный пакет для индустриализации, включая рецептуры высоковольтных электролитов, обработку поверхности алюминиевой фольги и альтернативы связующему веществу ПВДФ, что ускоряет переход от лабораторных исследований к коммерческой жизнеспособности.

Перспективы

Учитывая многообещающие результаты и растущую поддержку со стороны промышленности, технология LNMO теперь технически готова к широкомасштабному внедрению. Преимущества в плане стоимости, безопасности и плотности энергии делают её идеальным кандидатом для использования в электроинструментах, системах накопления энергии и электромобилях.

Ожидается, что при постоянных инвестициях со стороны промышленности и академических кругов LNMO станет основным катодным материалом третьего поколения, стимулируя технологические инновации и поддерживая устойчивое развитие ресурсов литиевых аккумуляторов.