随着新能源汽车、储能系统等领域的快速发展,市场对锂电池的能量密度、循环寿命和安全性提出了更高的要求。传统的锂电池技术在这些方面逐渐接近瓶颈,补锂技术的出现为突破这些限制提供了新的可能。补锂剂作为一种功能助剂,虽然在电池中的用量不大,但却能显著提升电池的性能,被誉为“四两拨千斤”的关键技术。
1.1 补锂剂的工作原理
锂离子电池体系中,首次充放电的锂损耗是制约电池性能的关键因素。当电池首次充电时,电解液中的锂离子从正极脱出,向负极迁移。在负极表面,部分锂离子被还原并与电解液的分解产物发生反应,形成一层具有保护作用的 SEI 膜。
这一过程虽然保证了电池后续循环的稳定性,但却消耗了大量原本可用于充放电的锂离子,使得电池的实际可用容量降低。例如,在传统的石墨负极锂离子电池中,这部分不可逆的锂损耗通常可达 10% 左右;而对于采用高容量负极材料(如硅基负极)的电池,由于其在充放电过程中体积变化更大,首次充放电的锂损耗甚至超过 15%。
1.2 补锂剂的重要和作用
补锂剂的作用,便是在电池首次充放电之前,向电池体系中引入额外的锂源,以补偿因 SEI 膜形成所造成的不可逆锂损耗。通过这种方式,补锂剂能够有效提高电池的首次库伦效率,提升电池的实际可用容量和能量密度,同时还能改善电池的循环寿命,使电池在多次充放电循环后仍能保持较高的性能。
因此,补锂剂对于提升锂离子电池的综合性能具有至关重要的意义,成为了当前锂电技术研究与发展的热点领域。
2 补锂剂的分类
正极补锂是将补锂剂添加到正极材料中,在电池首次充电过程中,补锂剂释放出锂离子,补充因 SEI 膜形成而损失的锂。这种补锂方式相对简便,不需要对现有的电池生产工艺进行大幅改动,且安全性较高。常见的正极补锂材料包括二元含锂化合物和三元含锂化合物。
由锂与氮(N)、氧(O)、硫(S)、氟(F)等非金属元素构成,具有较高的理论比容量。
例如,氮化锂(Li₃N)理论容量高达 2309 mA・h/g,分解电压为 0.44V(vs. Li⁺/Li),在干燥空气环境中稳定性较高。有研究将 Li₃N 粉体作为钴酸锂(LiCoO₂)的阴极添加剂,在 LiCoO₂|SiOₓ/C@Si 全电池体系下,首次放电容量提升了 11%。
但 Li₃N 存在在潮湿环境中易与水分反应、与电池浆料中的 N - 甲基吡咯烷酮(NMP)不相容以及首次循环需排出氮气(N₂)等问题,限制了其商业化应用。
氧化锂(Li₂O)和过氧化锂(Li₂O₂)的理论容量分别为 1793.8 mA・h/g 和 1168.3 mA・h/g。有研究将 Li₂O 作为层状复合正极材料(hem)的补锂剂,发现其可被 hem 活化,增加锂电池能量密度,还能高效补偿阳极锂离子,改善电池循环性能。
以 Li₂O₂作为镍钴锰酸锂(LiNi₀.₃₃Co₀.₃₃Mn₀.₃₃O₂,NCM)的正极补锂剂,在 NCM / 石墨全电池中添加 2% 的 Li₂O₂/NCM 后,可逆容量提高到 172.9 mA・h/g,且电池循环性能明显改善,Li₂O₂在 NCM 催化下能高效分解且不残留物质,化学稳定性良好,与传统锂电池工艺兼容。
属于过渡金属氧化物锂盐,常见的有 Li₂NiO₂、Li₅FeO₄、Li₆CoO₄、Li₂CuO₂等,化学通式为 LiₐMₓOₙ(M 代表过渡金属元素,如 Ni、Co、Mo、Fe 等)。这类化合物通常含有两个及以上的锂离子,具有较高的理论容量和较好的化学稳定性。其中,Li₂NiO₂(LNO)被认为是最具竞争力的正极补锂富锂化合物之一,理论充放电容量为 274 mA・h/g,实际有效容量约 165 mA・h/g。
LNO 中镍含量高,镍矿源丰富且成本相对较低,截止电压适用于高镍、钴酸锂、磷酸铁锂体系,应用广泛。Li₅FeO₄(LFO)每摩尔理论上可向电极提供 5 个活性锂离子,比容量高达 867 mA・h/g。其化学稳定性和良好的电化学性能使其能与现有电池生产技术无缝对接,实现低成本规模化应用。
在正极材料中添加适量 LFO,可显著提升电池能量密度,优化电池循环寿命及充放电效率。目前,德方纳米等公司已开发出成熟的 LFO 生产体系,其铁系补锂剂具有高效率、高性价比、高安全性以及高兼容性等优势。
2.2负极补锂
负极补锂则是直接在负极材料中引入锂源,这种方式对电池性能的提升效果更为显著,但面临诸多挑战。由于金属锂化学性质活泼,极易与空气中的氧气、水分发生反应,对生产环境要求极为苛刻,需在严格的无水无氧环境下操作,大大增加了生产难度与成本。
同时,金属锂与常规溶剂、粘结剂不兼容,难以均匀分散于电极体系中,影响补锂效果的一致性与稳定性。此外,在补锂过程中,金属锂还可能形成锂枝晶,锂枝晶在电池充放电过程中不断生长,可能刺穿隔膜,造成电池短路,引发安全事故。
负极补锂技术主要包括自放电补锂、物理补锂、化学补锂以及电化学补锂等多种方法。自放电补锂是利用电池自身的自放电特性,使锂从锂源转移到负极材料上,但该方法补锂效率较低且难以精确控制。
物理补锂通过物理手段,如机械混合、溅射等方式将锂源引入负极,但存在锂分布不均匀等问题。化学补锂则是利用化学反应将锂源中的锂转移到负极,例如使用锂化试剂与负极材料反应,但反应过程可能不可控,且容易产生副产物。
电化学补锂是通过外部电源,在特定条件下将锂沉积到负极上,该方法能够实现较为精确的补锂,但设备成本较高,工艺复杂。
补锂技术作为提升锂电池性能的关键技术,通过补偿电池首次充放电过程中不可逆的活性锂损失,能有效提升电池的能量密度和循环寿命,已成为产业突破瓶颈的重要方向。以下是7家相关布局企业介绍(排名不分先后,如有遗漏,欢迎加群补充)
德方纳米创建于 2007 年 1 月,核心产品是磷酸盐系正极材料。近年来,公司在正极补锂技术上取得突破,现有的正极补锂剂铁酸锂多采用固相法合成。规划补锂剂产能共 5 万吨,包括曲靖德方创界项目 2 万吨,曲靖经济技术开发区项目 2.5 万吨,和成都成阿园区项目 5000 吨。
2025年11月20日,德方纳米发布投资者关系活动记录表,公司的补锂增强剂已获独家定点的项目逐渐增加,在动力电池、储能电池、半固态电池等领域已逐步开始实现订单交付。
德方纳米的补锂增强剂可以提高各类锂离子电池的循环性能、日历寿命和能量密度,并能有效提高快充性能,提升电芯能效,改善低温性能,改善充放电效率,降低电池自放电,具备先发优势和性能领先优势。
安达科技主营业务为磷酸铁锂正极材料及其前驱体磷酸铁的研发、生产和销售。安达科技的补锂剂在固态电池中的应用取得了一定进展。
目前,安达科技的补锂剂(富锂铁基)产品已于2025年上半年完成中试。
在近期的会议交流纪要中,公司表示,补锂剂产品已在部分客户端完成验证,现处产线试验阶段;补锂剂在液态电解质、固态电解质锂电池中均适用,由于固态电池循环寿命较液态电解质锂电池更低,理论上对补锂剂的需求量更大,所以安达科技的补锂剂有望在固态电池领域形成差异化竞争优势。
升容科技专注于锂离子电池正极补锂剂材料的研发与产业化,其自主研发的富锂镍酸锂SR21(LNO)和富锂铁酸锂SR51(LFO)补锂剂,可将电池循环寿命从传统5000次大幅提升至1.5万次,能量密度提升3-5%,同时显著降低内阻与自放电率,技术参数达到国内外领先水平。
2025年5月28日,湖南升容科技有限公司年产2000吨锂电池正极补锂剂项目在湖南省常德市正式投产。项目采用全自动化工艺,严格把控材料与空气接触,解决残碱率、粒径控制等产业化难题,达产后年产值可达10亿元。
2025年11月10日,同创伟业完成对升容科技的新一轮天使+投资。这是继2024年领投其天使轮融资后,同创伟业再次加码,持续助力升容科技在锂离子电池正极补锂剂领域的研发深化与产业化提速。
3.4 深圳研一
深圳研一成立于2019年,是一家新能源、新材料领域的创新驱动型科技公司。目前已形成了粘结剂、补锂添加剂、电解液及添加剂、PI新材料几大产品系列,创造了多项行业内的“唯一”。
公司补锂添加剂产品系列包括LNO补锂添加剂、LFO补锂添加剂等。
容百科技是锂电正极材料的头部公司,2016年突破高镍正极材料关键技术,成为国内首家量产NCM811的企业。2024年,主营产品三元正极材料销量12.3万吨,全球市占率超12%。
容百科技在2024年半年报及后续互动中提到,正在持续改善不同类型固态电解质、高电压镍锰、富锂锰、补锂剂等材料的制备技术。
2025年11月11,宁德时代新获得一项名为“正极浆料、正极极片及其制备方法、二次电池和用电装置”,的发明专利授权。专利申请号为CN202311279210.4。
专利技术:利用含氯聚合物与正极材料表面残锂反应,生成氯化锂作为补锂剂,同时可去除残锂提升正极克容量。
湖南裕能近期在补锂剂领域的动态主要体现在其专利技术的应用上。2025年9月5日,湖南裕能的“一种高容量包覆型磷酸锰铁锂正极材料”专利获授权。该专利通过在磷酸锰铁锂颗粒表面包覆锂皂石/还原氧化石墨烯复合材料,利用锂皂石作为补锂剂,补充充放电过程中损失的锂,显著优化了电池容量与循环寿命。
摘要显示,本发明属于锂电池技术领域,提供了一种高容量包覆型磷酸锰铁锂正极材料,该磷酸锰铁锂正极材料包括磷酸锰铁锂颗粒和包覆在磷酸锰铁锂颗粒表面的锂皂石/还原氧化石墨烯复合材料。
在磷酸锰铁锂颗粒表面包覆锂皂石/还原氧化石墨烯复合材料,利用锂皂石和还原氧化石墨烯的插层结构形成均匀包覆的导电网络,提高包覆层的导电性,锂皂石在提高石墨烯分散性的同时可作为补锂剂,补充充放电过程中损失的锂,可提高电池容量和循环寿命,本发明制备的磷酸锰铁锂正极材料具备高容量和优异的循环性能。
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