隨着全球電動汽車（EV）市場及可再生能源的發展快速增長，產業對先進鋰電池技術的需求也日益提升。香港城市大學的科研團隊早前獲「產學研 1+計劃」撥款資助，以解決鋰離子電池的「富鋰正極材料」長期以來受電壓衰減的影響，有助推出一系列新型電極材料，為鋰離子電池帶來更高能量密度、更長壽命和降低成本。團隊計劃建立一條年產量逾千噸的生產線，料可創造逾百就業機會。
城大物理學系劉奇教授（中）領導的「開創下一代鋰離子電池的先進正極材料」項目，獲「產學研1+計劃」撥款資助。（圖片來源：香港城市大學）
由城大物理學系劉奇教授領導的「開創下一代鋰電池的先進正極材料」，為第二批獲中華人民共和國香港特別行政區政府「產學研 1+計劃」（RAISe+ Scheme）資助的項目。團隊將通過計劃的撥款，於未來三年提升及完善下一代電極材料的生產線，藉以加速科研成果的商業化和增加產業應用。
鋰離子電池：全球能源轉型的基礎
鋰離子電池技術被視為全球能源轉型的基石，在智能科技和可再生能源儲存系統，包括手機電池、電動汽車市場及大型太陽能發電站等應用中，至關重要。隨着全球市場對電能需求不斷增加，預計到 2030 年鋰電池市場的規模將達至 1,500 億美元，當中涉及電極材料部分的產業將佔超過 600 億美元。
在不同的電池正極材料中，「富鋰層狀氧化物」（LLOs）因其高容量、高運作電壓，以及因原材料資源豐富而帶來的成本優勢，被廣泛認為是鋰離子電池的「終極正極材料」，並能顯著地提升鋰離子電池的運作效能。
不過，儘管富鋰層狀氧化物具有理論上的優勢，但它在電壓衰減、電容量衰減方面所面臨的挑戰，長期以來都對其商業化進程帶來阻礙。
「富鋰層狀氧化物」（LLOs）被認為是鋰離子電池的「終極正極材料」。（圖片來源：香港城市大學）
解決長期存在的電壓衰減挑戰
為解決上述困難，研究團隊通過將額外的過渡金屬（transition metal, TM）融入正極材料，從而增強其蜂窩結構的穩定性，抑制了氧氣釋放、陽離子遷移和結構降解等情況，有效地解決電壓衰減的核心問題。團隊的方案為富鋰層狀氧化物帶來更高性能，亦為其商業化進程提供更堅實的基礎。
此外，團隊運用先進的「表面工程技術」來處理因材料表面降解、過渡金屬離子溶解、結構崩塌、電解腐蝕等引致的電容量衰減。團隊在煆燒過程（將固體物料加熱至高溫的處理過程）中，加入了包括碳塗層等保護劑，利用此保護層確保材料的長期穩定性，標誌着能源儲存技術的重大進步。
這項突破性科研技術曾於 2023 年的國際期刊《自然能源》（Nature Energy）上發表。在實驗室科研成果的基礎上，團隊將加速以下兩條生產線的商業化進程：
• 傳統鋰離子電池用富鋰錳基正極材料，令電池能量密度可提高超過三成及降低成本
• 固態鋰電池用富鋰錳基正極材料
城大物理學系劉奇教授（右）。（圖片來源：香港城市大學）
材料生產擴展至全球
劉教授說：「研究團隊成功使正極材料—富鋰層狀氧化物，發揮真正的商業潛力。此項技術不但以更低成本提供更高的能量密度，更為電動汽車市場及能源儲存應用開闢更多可能。項目不但展示了香港在新一代能源技術方面的優勢和實力，也助力香港在全球高新科技市場佔據領先地位。」
團隊早前已成立「速方新能源科技有限公司」，並搭建了一條年產量為百噸級的生產線，致力於高性能富鋰錳基正極材料的開發與產業化發展。團隊期望在「產學研 1+計劃」的支持下，可於未來三年於東南亞或韓國等地，建立一條年產量為 1,000 噸的生產線，並預計可創造約 100 個與研究、製造和工程相關的創新就業機會。
