"SuFang New Energy" schließt eine Angel+-Runde von mehreren Millionen Yuan ab | Exklusivbericht von 36Kr: Lösung der schwierigen Aufgabe der Spannungsabnahme von lithiumreichen Mangan-basierten Kathodenmaterialien, Anerkennung durch führende Hersteller

Text | Zhang Bingbing

Redaktion | A Zhi

36Kr hat erfahren, dass Shenzhen Sufang New Energy Technology Co., Ltd. (im Folgenden als „Sufang New Energy“ bezeichnet) kürzlich die Absolvierung einer Angel+-Runde-Finanzierung im Millionenbereich angekündigt hat. Diese Runde der Finanzierung wurde ausschließlich von Zhuoshi Investment durchgeführt, während Jianwei Capital als langfristiger exklusiver Finanzberater fungierte. Die Mittel dieser Runde werden für die Forschung und Entwicklung von Produkten der Lithium-reichen Mangan-basierten Kathodenmaterial-Serie sowie für den Bau von Produktionslinien verwendet.

„Sufang New Energy“ wurde 2023 gegründet und widmet sich der Forschung und Entwicklung von globalen Lithium-reichen Mangan-basierten Kathodenmaterialien mit extrem niedrigem Spannungsabfall. Der Gründer Liu Qi ist Professor für Lebenszeit an der City University of Hong Kong. Er war zuvor am Argonne National Laboratory in den USA tätig und hat an der Forschung und Entwicklung von Kathodenmaterialien für Huawei-Verbrauchsbatterien teilgenommen. Er verfügt über mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Forschung von Lithium-Ionen-Batterien.

Es ist bekannt, dass „Sufang New Energy“ das Problem des Spannungsabfalls von Lithium-reichen Mangan-basierten Kathodenmaterialien überwunden hat. Eine Produktionslinie im Hundert-Tonnen-Maßstab ist bereits in Betrieb, und die von ihm entwickelten Hochspannungs-Lithium-reichen Mangan-basierten Kathodenmaterialien für reine Anwendungen wurden mehreren führenden Batterieherstellern als Muster zugeschickt. Darüber hinaus hat „Sufang New Energy“ auch gleichzeitig ein Produkt für Lithium-Ergänzungsmittel für Lithium-reiche Mangan-basierte Kathoden eingeführt und hofft, einen kommerziellen Durchbruch in der Anwendung von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien mit mittlerer und niedriger Spannung in Mischung zu erzielen.

I. Lösung des Problems des Spannungsabfalls von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien und Überwindung der Schlüsselindikatoren für die Industrialisierung

Die aktuelle Lithium-Batterietechnologie ist keine Endlösung. Auf der Seite der Batteriematerialien entwickeln sich mehrere Technologierouten mit unterschiedlichen Merkmalen parallel in den Dimensionen Kathodenmaterial, Anodenmaterial, Elektrolyt, Separator usw.

Im Bereich der Kathodenmaterialien nehmen die beiden Materialien Ternär-Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) und Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) seit langem die dominierende Position in der Traktionsbatterie und der Energiespeicherbatterie ein und sind derzeit die absolute Hauptströmung der Verbrauchsbatteriebranche. Das Lithium-reiche Mangan-basierte Material ist allgemein anerkannt als zukünftige Technologieroute mit ultrahoher Energiedichte.

Die Energiedichte des Kathodenmaterials einer Batterie wird von zwei Kernfaktoren bestimmt – der spezifischen Kapazität und der Arbeitsspannung. Das Produkt dieser beiden Faktoren bestimmt den theoretischen Wert der Energiedichte des Materials. Das Lithium-reiche Mangan-basierte Material kann unter Laborbedingungen eine spezifische Kapazität von über 300 mAh/g erreichen und behält auch im Hochspannungsbereich von über 4,5 V eine gute Stabilität. Das hochnickelhaltige Ternärmaterial hat unter Laborbedingungen eine spezifische Kapazität von 180 - 220 mAh/g. In Bezug auf die Rohstoffe kann das Lithium-reiche Mangan-basierte Material die Produktionskosten erheblich senken, da die Verwendung von Edelmetallen wie Nickel und Kobalt reduziert wird. Die Kosten pro Wattstunde können mit denen von Lithium-Eisen-Phosphat verglichen werden, und es hat deutliche Vorteile sowohl in Bezug auf die Energiedichte als auch auf die Kosten.

Allerdings bestand das Problem eines anhaltenden Spannungsabfalls von Lithium-reichen Materialien während des Zyklus seit langem, und diese Schlüsseltechnikschranke hat die Kommerzialisierung von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien stark eingeschränkt. Der Spannungsabfall führt nicht nur zu einem drastischen Rückgang der Energiedichte, sondern bringt auch systemische Auswirkungen wie eine Verkürzung der Reichweite, das Versagen des BMS und eine Verringerung der Leistung mit sich und beschleunigt die Gesamtalterung. Aus der Sicht der Benutzer ist die am stärksten spürbare Auswirkung die starke Verkürzung der Produktreichweite und die unklare Anzeige des Batteriestands.

„Wenn das Lithium-reiche Mangan-basierte Material tatsächlich industrialisiert werden soll, muss das Problem des Spannungsabfalls gelöst werden.“ Liu Qi erklärte, dass das Lithium-reiche Mangan-basierte Material aus zwei Phasen besteht: der Schichtphase und der Lithium-reichen monoklinen Phase. Auf atomarer Ebene hängt der Spannungsabfall mit der Instabilität der Wabenstruktur der Lithium-reichen Phase unter hoher Spannung zusammen. Die Instabilität der Struktur führt zu einer irreversiblen Sauerstofffreisetzung und einer strukturellen Degradation, was der wichtigste Grund für den Spannungsabfall von Lithium-reichen Materialien ist.

„Sufang New Energy“ hat eine Methode der mehrstufigen präzisen Dotierung angewendet und die Wabenstruktur des Lithium-reichen Mangan-basierten Materials in den Stufen der Vorläuferherstellung und der Materialbrennung schrittweise stabilisiert. Dadurch wurde erfolgreich ein Lithium-reiches Mangan-basiertes Kathodenmaterial mit extrem niedrigem Spannungsabfall entwickelt. Die relevanten Forschungsergebnisse wurden in der internationalen renommierten Fachzeitschrift „Nature Energy“ veröffentlicht, und es wurden auch Patente angemeldet.

Produktionslinie von Sufang New Energy

In Bezug auf die spezifischen technischen Indikatoren tritt der Spannungsabfall von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien hauptsächlich innerhalb der ersten 200 Zyklen auf. Liu Qi ist der Meinung, dass die Kontrolle des Spannungsabfalls innerhalb eines bestimmten Indikators nach 200 Zyklen der Schlüsselkriterium dafür ist, ob es als Hauptmaterial verwendet werden kann. „Dies bestimmt, ob das Lithium-reiche Mangan-basierte Material als echtes Hauptmaterial verwendet wird oder nur als Additiv oder Hilfsstoff.“ Laut Angaben hat das von „Sufang New Energy“ eingeführte Hochspannungs-Lithium-reiche Mangan-basierte Kathodenmaterial für reine Anwendungen diesen technischen Schwellenwert erreicht und kann die Leistung kontinuierlich optimieren, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsfälle gerecht zu werden.

II. Dauerhafte Investition in die Forschung und Entwicklung der Anwendung von Festkörperbatterien und Erweiterung des kommerziellen Einsatzes im Bereich der Niederluftwirtschaft

Obwohl ein Durchbruch bei den Schlüsseltechnikindikatoren erzielt wurde, müssen immer noch eine Reihe von Herausforderungen überwunden werden, um die Forschungsergebnisse in die Massenproduktion umzusetzen und kommerziell zu etablieren.

Beim Massenproduktionsschritt wies Liu Qi darauf hin, dass die Anpassbarkeit der Ausrüstung und die Reserven an qualifizierten Technikern die beiden Kernherausforderungen sind, wobei die Reproduzierbarkeit der Ausrüstungstechnologie besonders wichtig ist. „Man ist sich besonders Sorgen um die Ausrüstung bewusst, d. h. wie hoch die Reproduzierbarkeit bei der Herstellung des Materials bis hin zum letzten Sinterprozess ist? Muss die Ausrüstung ersetzt oder der Herstellungsprozess neu gestaltet werden, wenn dem Material einige zusätzliche Schritte hinzugefügt werden?“ Liu Qi erklärte, dass das von „Sufang New Energy“ entwickelte Synthesesystem für Lithium-reiche Mangan-basierte Materialien zwar komplexer als das herkömmliche Material ist, aber die derzeit vorbereiteten Vergrößerungsanlagen weitgehend mit den Produktionslinien von Ternärmaterialien kompatibel sind, so dass die Herausforderungen im Bereich der Ausrüstung beherrschbar sind.

In Bezug auf die Personalführung hat „Sufang New Energy“ kontinuierlich qualifizierte Technikern mit praktischer Erfahrung in der Inbetriebnahme von Kathodenmaterialien eingestellt. Das Kernteam stammt von führenden Herstellern in China, und es wird auch aktiv an der Erweiterung des Personals für den Vertrieb mit technischer Erfahrung gearbeitet.

Liu Qi ist zuversichtlich über die Aussichten von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien in Festkörperbatterien. Er sagte, dass unter idealen Bedingungen, wenn Lithium-reiche Mangan-basierte Batterien mit Anodenmaterialien hoher Kapazität und sicheren Festkörperelektrolyten kombiniert werden, eine Verdoppelung oder Verdreifachung der Energiedichte der Batteriezellen möglich wäre. In der Realität steht die Entwicklung von Festkörperbatterien immer noch vor dem „Eimern-Effekt“, und der Fortschritt der Forschung und Entwicklung auf allen Ebenen wie Anoden- und Kathodenmaterial, Elektrolyt, Separator usw. wird den Prozess der Massenanwendung von Festkörperbatterien beeinflussen.

Derzeit ist die Anpassbarkeit von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien an das Elektrolytsystem unter hoher Spannung immer noch ein ungelöstes Problem. Liu Qi gestand ein: „Die herkömmlichen flüssigen Elektrolyte auf dem Markt können die stabile Arbeit der Batterie unter einer Hochspannung von über 4,5 V nicht unterstützen. Dies ist die technische Schranke, die die weitere Entwicklung von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien einschränkt.“

Angesichts dieser Herausforderung hat die Produktentwicklung von „Sufang New Energy“ eine Zwei-Schritte-Strategie festgelegt: Einerseits wird langfristig in die Forschung und Entwicklung von Hochspannungs-Lithium-reichen Mangan-basierten Kathodenmaterialien für reine Anwendungen investiert. Die Produkte wurden führenden Batterieherstellern als Muster zugeschickt, und die Produkte werden kontinuierlich verbessert, um die Batterieleistung und die Prüfung von Weichverpackungen zu bestehen. Andererseits wird ein Produkt für Lithium-Ergänzungsmittel für Lithium-reiche Mangan-basierte Kathoden eingeführt, um in den Markt für herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien einzudringen und die Kommerzialisierung zu beschleunigen. „Wir hoffen, ein Lithium-reiches Mangan-basiertes Material unter einer Spannung von 4,5 V entwickeln zu können, dessen Kapazitätsleistung mit der von bestehenden hoch- oder mittelnickelhaltigen Ternärmaterialien vergleichbar ist. Der größte Vorteil ist, dass die Preise um etwa 30 % niedriger sein werden.“ Liu Qi fügte hinzu. „Sufang New Energy“ hat Muster an Kunden im Bereich der Niederluftwirtschaft wie Drohnen und Modellflugzeuge zugeschickt, und es wird erwartet, dass 2026 Einnahmen erzielt werden.

Derzeit hat „Sufang New Energy“ einen neuen Finanzierungsplan gestartet, um den Forschungsfortschritt und den Bau einer Produktionslinie im Tausend-Tonnen-Maßstab voranzutreiben.

Meinungen der Investoren:

Dr. Lan Tian von Zhuoshi Investment: Derzeit umfasst die Entwicklungstrend von Lithium-Ionen-Traktionsbatterien zwei Richtungen: die Erhöhung der Energiedichte und die Senkung der Kosten. Batterien mit hoher Energiedichte können die Anforderungen an die Leichtigkeit und lange Reichweite in Anwendungsbereichen wie Elektromobilität, Niederluftwirtschaft, humanoiden Robotern und tragbarem Elektronikgerät erfüllen, was von großer wirtschaftlicher und strategischer Bedeutung ist. Kathodenmaterialien mit hoher spezifischer Energie sind der Schlüssel zur Erhöhung der Energiedichte der Batterie. Derzeit ist das Potenzial der derzeitigen Hauptströmung von hochnickelhaltigen Ternärmaterialien fast ausgeschöpft, und Lithium-reiche Mangan-basierte Materialien sind die von der Branche anerkannte nächste Generation von Kathodenmaterialien mit hoher spezifischer Energie, die die Energiedichte der Batterie um mehr als 30 % erhöhen können. Allerdings konnte das Problem des anhaltenden Spannungsabfalls während des Zyklus seit der Entdeckung von Lithium-reichen Mangan-basierten Materialien vor 30 Jahren nicht gelöst werden, was zu einer schlechten Zyklenleistung führte und die kommerzielle Nutzung unmöglich machte. Die von Professor Liu Qi's Team der City University of Hong Kong entwickelte Technik der mehrstufigen präzisen Dotierung hat dieses Branchenproblem erfolgreich gelöst. Derzeit wurde bereits eine Produktion im Hundert-Tonnen-Maßstab erreicht, und die Kommerzialisierung von Lithium-reichen Mangan-basierten Kathodenmaterialien ist tatsächlich möglich. Daher sind wir sehr optimistisch über die Entwicklung von „Sufang New Energy“.

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Dieser Artikel stammt aus dem WeChat-Account „36Kr Future Industries“. Autoren: Zhang Bingbing, A Zhi. Der Artikel wurde von 36Kr mit Genehmigung veröffentlicht.