预览 - 锂离子电池正极创新与专利深度分析
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深入分析 - 镍基正极材料的最新专利与创新
15页，专利摘要附录：68页，版本：2024年12月26日
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简介
锂离子电池镍基正极材料的最新创新反映了产品开发团队在多个竞争性优先事项之间的权衡：更高的能量密度、更长的使用寿命、更低的原材料和工艺成本以及更好的可持续性。本综述分析了2023年以来的专利申请和公开披露，以识别主要电池制造商、材料公司和初创企业（在某些情况下与学术研究组合作）如何应对这些挑战的新兴模式。
分析揭示了14个塑造正极材料发展的关键概念（图A-1）。
图A-1：技术决策树 - 14个与锂离子电池正极镍基活性材料相关的商业概念，这些概念从2023年以来发表的专利族中识别（首个专利族成员的公开日期，另外2个较早的专利族和2个在专利以外的公开报告中识别的商业化努力包含在涵盖这14个概念的图D-2至D-15中）
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以下部分包含在完整版本中。
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镍基正极材料的未来市场接受度取决于哪种电解质将占主导地位 - 碳酸盐基液态、半固态或全固态
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产品和工艺开发概念的详细分析
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图A-2：技术决策树 - NMC多元素掺杂方法
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图A-3：技术决策树 - 中镍NMC基活性材料
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图A-4：技术决策树 - 梯度或核壳颗粒结构
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图A-5：技术决策树 - 无钴材料
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图A-6：技术决策树 - LRLO（富锂层状氧化物）
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图A-7：技术决策树 - 镍锰尖晶石
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图A-8：技术决策树 - 单晶合成
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图A-9：技术决策树 - 高镍材料涂层
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图A-10：技术决策树 - 钴表面富集
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图A-11：技术决策树 - 新型合成工艺
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图A-12：技术决策树 - 不同活性材料类别的混合物
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图A-13：技术决策树 - 包含再生材料的优化合成
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图A-14：技术决策树 - 干法或近干法电极制造
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图A-15：技术决策树 - 全固态锂离子电池的活性材料
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展望
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碳酸盐基液态电解质电池
- 高能量密度
- 低成本
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半固态电解质电池
- 高能量密度
- 低成本
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全固态电解质电池
- 高能量密度
- 低成本
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附录 （链接到上述章节）
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在本深度分析准备期间添加的专利摘要
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三周专利更新 - 锂离子电池 - 正极 - 镍基活性材料 - 2023年1月10日至2024年12月3日
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深入分析 - 锂锰铁磷酸盐（LMFP）正极材料的最新专利与创新
11页，专利摘要附录：41页，版本：2025年1月3日
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简介
LMFP（锂锰铁磷酸盐）已成为锂离子电池一种有前途的正极活性材料，结合了LFP（锂铁磷酸盐，原材料成本低，固有安全性好）和富锰化学（电压高于LFP，导致能量密度提高15-20%）的优势。本深度分析通过分析新发布的专利（自2023年以来）和主要商业参与者公开披露的信息，涵盖了与LMFP相关的关键产品开发决策。
LMFP产品和工艺定义工作涉及以下方面（图B-1）：
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优化锰/铁比例以平衡性能和稳定性（图B-2）
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使用钛、铌和硼等元素的各种掺杂策略（图B-3）
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表面改性（图B-4）和核壳/梯度结构（图B-5）
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粒径分布和形貌控制（图B-6）
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制造工艺步骤的选择（图B-7）
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基于活性材料混合物的正极（图B-8）
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以下部分包含在完整版本中。
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LMFP的前景 - 学术观点
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LMP（锂锰磷酸盐）
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LMFP（锂锰铁磷酸盐）
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可持续性
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LMFP商业化现状
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表B-1：主要LMFP商业化努力总结（完整版本：15个条目）
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产品开发决策
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图B-1：技术决策树 - 产品开发决策（概述）
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图B-2：技术决策树 - 锰/铁摩尔比的选择
如图B-2所示，主要商业参与者探索的锰/铁摩尔比范围从99%锰（宁德时代）到10%锰（Mitra Future Technologies）。其他活性材料的锰/铁比介于其间（最常见的锰比例：60-80%，AESC，比亚迪，第二项专利，宁德时代：第二，第三，第四项专利，当升科技，当升科技/曲靖德方，湖南翔钒，亿纬锂能，国轩/国轩高科，第二项专利，HCM，Integrals Power，Livium / VSPC，松下，容百科技，第二项专利，天津容百斯科兰德 - 容百子公司，第二，第三项专利，蜂巢能源，第二项专利，太平洋水泥，万向一二三）。
以上链接指向附录中的专利摘要。
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图B-3：技术决策树 - 掺杂
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图B-4：技术决策树 - 核壳/梯度结构
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图B-5：技术决策树 - 表面改性
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图B-6：技术决策树 - 颗粒形貌和尺寸控制
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图B-7：技术决策树 - 合成方法（核心）
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图B-8：技术决策树 - 混合物
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展望
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附录 （链接到上述章节）
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在本深度分析准备期间添加的专利摘要
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三周专利更新 - 锂离子电池 - 正极 - LMFP - 2023年2月8日至2024年12月23日
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预览 - 深入分析 - 阴极电解质选择与方案
12页，版本：2024年6月17日
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简介
全固态和半固态电解质电池设计的主要优势之一是可以区分能够迁移到正负极界面的电解质，从而可以分别定义阳极电解质（阳极附近的电解质）和阴极电解质（阴极附近的电解质，图C-1）。
图C-1：液体从"阴极电解质"区域到"阳极电解质"区域的传输被固态或半固态电解质层阻止或大大减缓的电池
阴极电解质和阳极电解质之间这种区分的最重要含义是，与必须同时在阳极和阴极保持稳定或形成稳定SEI层的完全液态电解质相比，阳极电解质和阴极电解质组分无需同时在低电位（0 V 相对于Li+/Li）和高电位（≥4 V 相对于Li+/Li）下保持稳定。
由于在负极稳定性不足而迄今未在商业电池中广泛使用的潜在电解质组分，因此有机会在未来的商业阴极电解质中获得重要地位。
防止电极之间的寄生穿梭（例如由泄漏的过渡金属离子引起）是全固态和半固态电池的一个主要优势，它消除了倾向于减缓向两个电极中更高能量/功率和更低成本活性材料转移的电池老化和失效机制。
对于半固态或部分多孔固态电解质层，需要检查阴极电解质和阳极电解质组分的迁移速率，并需要充分减缓，以避免导致降低寿命或安全性的寄生反应。
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以下部分包含在完整版本中。
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全固态对比半固态对比液态阴极电解质和阳极电解质 - 总体考虑
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为何不应过早放弃液态阴极电解质
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过渡金属在阴极电解质中的溶解是否是一个问题？
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全固态和半固态阴极电解质的论据
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总结 - 阴极电解质组分选择与权衡
表C-1（完整版：21条）：阴极电解质组分选择权衡（左栏黑色列出：根据专利申请明确识别为已用作阴极电解质组分的成分，左栏灰色列出：根据专利申请用作电解质组分，在本章编写期间未在专利文献中发现明确用作阴极电解质组分）
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关于作者
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Pirmin Ulmann于2004年获得苏黎世联邦理工学院（瑞士）化学学位，2009年获得西北大学（美国）博士学位。此后，他作为JSPS外国学者参与了东京大学（日本）的ERATO产学研项目。2010年至2016年期间，他在瑞士一家主要电池材料制造商工作，是7个与锂离子电池相关的专利族的共同发明人。他还负责与保罗谢勒研究所的合作，评估企业战略的外部技术，并访问东亚、北美和欧洲的电池制造商客户。他持有斯坦福认证项目经理（SCPM）证书，并共同撰写了被引用超过2,000次的科学文章。
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