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國內電池企業不斷向高鎳三元材料布局!

鉅大LARGE  |  點擊量:1317次  |  2018年06月13日  

近日,我國在高鎳正極材料及動力電池單體開發方面獲重大突破,天津力神電池股份有限公司研發出一種NCA三元高比能量動力鋰電池,能量密度超過300wh/kg,引發業界關注。根據國家工信部《汽車產業中長期發展規劃》,要求2020年動力電池單體能量密度達到300Wh/kg,成為業界努力攻關的目標之一。天津力神高比能量電池研發的成功,令整個業界為之一振,也將中國NCA三元電池帶入高能量密度3.0時代。


天津力神在氧化鎳鈷鋁鋰(NCA)正極材料前期研究基礎上,開發高比能量、長循環壽命、良好安全性能的鋰離子動力電池用高鎳系正極材料;通過納米制備、納米分散、包覆及預嵌鋰等多種技術,研制容量高、首次效率高、循環穩定性及倍率性能好的硅碳負極材料。


據悉,天津力神基于該體系開發了電芯單體的比能量達到302wh/Kg,體積能量密度大于642Wh/L,25℃下1C充放電循環710次(100%DOD),容量保持率達到80%;同時通過優化電解液配方,循環性能明顯改善,目前循環285次(100%DOD)容量保持率高達96%。這一工作為開發出比能量300Wh/kg、循環壽命1500次的鋰離子電池單體奠定了基礎。


近幾年,高能量密度的要求促使國內電池企業不斷向高鎳三元材料布局。據電池中國網了解,磷酸鐵鋰材料受到本身性能的限制,以目前的技術難以在2020年達到國家相關規劃中對能量密度的要求,三元的NCM111和NCM523等材料也很難預期達到單體能量密度300wh/kg的目標。目前主流的NCM523可以達到160-200wh/kg,而NCM622和NCM811分別可以達到230wh/kg和280wh/kg。所以要實現對動力電池能量密度的高要求和續航里程的延長,必須要大力發展高鎳三元材料。


高鎳三元材料主要指鎳含量高的三元材料,目前常見的有NCM622、NCM811和NCA。在高鎳三元材料中,Ni主要的作用是提供容量,含量越高電池的能量密度越大;而Co貢獻一部分容量的同時可以穩定結構;Mn/Al主要用來穩定結構,三者協同作用,共同發揮出三元材料高能量密度、較低成本等優點。

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在國家政策要求、新能源汽車續航里程提高和鈷價不斷高漲的多重刺激之下,高鎳體系的NCM811和NCA材料已經成為國內動力電池企業積極布局的熱點,而從市場情況來看,大多數企業選擇了NCM811路線,而非NCA路線。


據悉,當升科技NCM811產品目前年產能為4000噸,三期工程計劃1.8萬噸/年高鎳多元材料產能,將于2018年至2020年間陸續建成投產;國軒高科表示已經開發出三元811材料軟包電芯,能量密度能夠達到302wh/kg;杉杉能源2017年底宣布月產100噸的寧鄉基地NCM811產線順利投產;億緯鋰能表示,自從2012年起就已開始推廣非車用NCM811;天津巴莫2017年年產5000噸高鎳材料產線投產,目前已經實現向國際大客戶批量提供NCM811。據電池中國網了解,寧波金和、廈門鎢業、天力鋰能等高鎳811項目也在穩步推進。


而三元NCA材料,由于國內起步比較晚,技術水平較國外企業有很大的差距,NCA目前產能主要集中在日本和韓國。NCA主要的供應商有日本的住友金屬(Sumitomo)、日本化學產業株式會社和戶田化學(Toda),韓國的Ecopro和GSEM也有少量產品銷售。其中,戶田化學主要供應日本AESC和韓國LGC,住友金屬主要供應松下和PEVE,韓國的Ecopro對應客戶為SDI。數據顯示,2017年中國電動汽車市場實現鋰離子電池裝機總量33.55GWh,其中磷酸鐵鋰電池裝機16.33GWh,NCM三元電池實現裝機15GWh,而NCA三元電池裝機量僅為286.5MWh。


國內NCA技術路線沒有發展起來,除了起步晚,還與三元NCA材料的生產技術壁壘較高有很大關系。在NCA材料中以Al代替錳,實際是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性,離子摻雜可以增強材料的穩定性,提高材料的循環性能。但是在制作過程中,由于Al為兩性金屬,不易沉淀。NCA電池需要純氧環境、加工成本較高,在電池生產全過程均要控制濕度在10%以下,這些對國內企業都存在很大挑戰。


所以,此次天津力神在高鎳NCA正極材料方面的重大突破給中國的電池企業注入了一劑強心劑。國內企業如貝特瑞NCA技術已具備量產條件,目前在深圳有3000噸高鎳正極材料產能,已實現向松下等客戶銷售,后續將在江蘇常州新建1.5萬噸高鎳正極材料生產線。另外,上海德朗能、杉杉能源和容百鋰電也都對外宣稱,具備規模化生產NCA材料的能力。

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雖然NCA材料具有高技術壁壘,國內企業要實現與日韓企業的抗衡還面臨諸多挑戰,但是相信在中國這個全球最大的動力電池市場,隨著國內企業的不斷趕超和技術積累,未來幾年內必將迎來高鎳電池生產的爆發期,也必定會產生全球領先的本土NCA電池企業巨頭。

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