鉅大LARGE | 點擊量：305次 | 2023年07月17日
高鎳三元正極材料產業化進程中的7大絆腳石!
2018年是高鎳811的元年，隨著國家補貼政策直接和電池能量密度掛鉤，三元電池特別是高能量密度的高鎳811電池成為國內許多電池公司的必然的選擇。同時，伴隨著鈷價格的高漲，高鎳811成為動力鋰電池的發展趨勢。
目前，市場上主流正極材料：磷酸鐵鋰（LFp）、錳酸鋰（LMO）和三元材料（NCM/NCA)。
動力鋰電池能量密度示意圖
業內人士指出，高鎳三元材料電池的安全性受正極材料制備、制造環境、生產設備、電芯制造工藝等多重因素影響。高鎳三元材料產業化進程中遇到很多難點問題。總結一下，有七大難點。
1、合成技術仍需改進優化，制備工藝難度較大。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一方面目前合成高鎳三元材料的方法重要是高溫固相燒結法，穩定性、安全性能差!儲存、加工條件苛刻。另一方面，"高鎳三元電池的產業化并不僅僅取決于正極材料的突破，其它材料的合理搭配、電池制造工藝和包覆工藝升級、電池的安全性和一致性問題解決等都有很大的影響。高鎳三元材料電池的制備工藝難度較大，這對動力鋰電池公司的技術創新和產線改造提出了很高的要求。
2.關鍵裝備國產化率低
高鎳三元材料在前驅體燒結和材料生產環境方面的要求都較為苛刻，產品在存儲使用過程中容易吸潮成果凍狀，不易調漿和極片涂布。因此正極材料公司對窯爐設備等生產設備的各項性能要求都比較高，但目前國內的生產設備還無法完全滿足高鎳三元材料的制備要求。
高鎳材料必須在純氧氣氛中高溫合成，窯爐材質必須耐氧氣腐蝕；而且必須用氫氧化鋰做鋰源進行高溫合成，氫氧化鋰容易揮發且堿性很強，窯爐材質必須耐堿腐蝕；目前高鎳三元材料生產重要采用密封輥道窯，國內能生產的公司比較少。
3.安全性難點
從原理上分析，高鎳三元材料存在的技術問題就是由于Ni3和co3+4和O有能帶重疊，所以在高脫鋰狀態，晶格O會從晶格中脫出，結構被破壞造成循環性能變差，造成安全性的隱患。
高鎳三元材料特別是在高溫循環和長循環的壽命過程當中，他的顆粒表面會出現一個相轉變，從原來的層狀結構，到尖晶石結構，再到非活性巖石相，引起容量，循環性能衰減。另外相轉變也伴隨著材料著材料中釋放一定的氧氣，這樣對安全性也有一的隱患。
高鎳材料第二個方面，加入時高鎳材料因為他的容量比較高，我們都了解他在一個深度的脫離的時候，其實顆粒收縮體積的變化是比常規的三元要大很多的。假如說高鎳三元材料在循環過程當中由于晶體的收縮膨脹會導致出現一些裂紋，這些裂紋一方面會導致電子的短路，另外一方面裂紋的出現，這些新鮮的表面也會跟電解液體出現更多的負反應，影響整個電池的循環性能及安全等問題。
該圖是NCM811和NCM111在70℃-350℃之間自加熱速率的曲線圖。圖中顯示在105℃左右，NCM811開始發熱，而NCM111還沒有，一直到200℃時才開始出現了發熱。NCM811在從200℃開始，發熱速率為1℃/min，而NCM111還是0.05℃/min，這也意味著NCM811/石墨體系的電池較難通過強制安全認證。
4.生產和應用環境濕度控制要求苛刻
高鎳三元電池的制造對水分比較敏感，目前還沒有完全成熟可靠的解決方法。
5.成本難點
一方面，鈷受資源限制，成本較高，高鎳化降低了鈷的使用量，會一定程度上降低成本，但是高鎳材料生產環節濕度要求控制苛刻，高鎳材料生產成本高；而且生產線投資比低鎳材料要高得多，這也提高了投資成本；配套的電解液，隔膜成本也會新增，綜合以上，整個電池成本并不一定會下降很多。
6.新技術新材料對高鎳三元材料的沖擊
目前動力鋰電池行業比較火的詞匯，不僅僅是"高鎳"，還有："固態電池"，"富鋰錳基固溶體材料"，"鋰硫電池"等等，新技術新材料新觀念的出現將對高鎳三元材料的應用出現一定的沖擊。
7.回收難點
關于大容量三元材料電池處于安全考慮,還沒有進行規模化拆解回收實踐，相關標準目前仍缺失。這方面還要政府支撐和扶持，產業界的積極響應。
