北京當(dāng)升材料科技股份有限公司總經(jīng)理李建忠做了《三元材料技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)展》的專題報(bào)告。

目前看現(xiàn)有的全球主流車企選用的材料體系,錳酸鋰、三元是日本和韓國(guó)的主要選擇,在錳酸鋰?yán)锩姘‥SC等使用相對(duì)比較多一些。磷酸鐵鋰在咱們國(guó)家用得比較多,按照2013年的統(tǒng)計(jì),80%都是磷酸鐵鋰,這跟我們國(guó)家在那個(gè)階段下出于安全性考慮,選擇了磷酸鐵鋰。好在三元也進(jìn)入了中國(guó)電池的選擇驅(qū)動(dòng),出現(xiàn)了20%的使用,相信三元材料在中國(guó)得到很好的應(yīng)用。把這幾種材料進(jìn)行對(duì)比,都把它按照18650電池?fù)Q算,從能量密度的角度看,磷酸鐵鋰能做到120至140Wh(指一個(gè)單體),但是如果用三元,用333體系的可以達(dá)到180至190Wh,如果把鎳含量提高到5,到523這個(gè)體系,可以達(dá)到超過(guò)200Wh,當(dāng)然到了6就200以上了。在NCA,它的鎳已經(jīng)在8以上。剛才說(shuō)的NCM是鎳鈷。如果是鎳鈷錳里面的811體系,是差不多的一個(gè)水平。如果再高,那就要走下一步的富鋰錳基這一塊了。

動(dòng)力鋰電正極的發(fā)展動(dòng)向,從材料路線上來(lái)對(duì)比,錳酸鋰好于磷酸鐵鋰,鎳鈷錳多元材料NCM又好于錳酸鋰,鎳鈷鋁材料NCA又好于鎳鈷錳多元材料NCM,富鋰錳基材料又好于鎳鈷鋁材料NCA。我們?cè)倏磭?guó)外的情況,從歐洲到日本、韓國(guó)的規(guī)劃方向,這是德國(guó)Fraunhofer ISI的研究數(shù)據(jù),基于NMC材料,提升充電電壓來(lái)提升能量密度。2010至2015年主要開(kāi)發(fā)LEP、NCM及高電壓NCM材料。2015至2020年主攻5V  Ni至Mn尖晶石和5V LiMPO4材料。韓國(guó)的材料,是分HEV、PHEV和BEV三種車型來(lái)看,HEV上是高功率密度,材料選擇是NCM+LMO,未來(lái)是走向純NCM。PHEV上是低成本、高能量密度,材料選擇為L(zhǎng)MO+NCM再走向純?nèi)?,然后是富鋰和高鎳的。BEV這一塊,是高能量密度、長(zhǎng)日歷壽命,材料選擇為L(zhǎng)MO+NCM,走向純?nèi)磥?lái)也是走向高鎳和富鋰。如果把這幾種材料作為一個(gè)雷達(dá)圖比較,從安全、壽命等來(lái)分析,每個(gè)材料都有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì),但是相對(duì)來(lái)說(shuō),紅色的三元是最均衡的,相比其它材料里面,從高能量密度中等各個(gè)性能都是比較均衡的。所以,未來(lái)選擇三元可能是一個(gè)比較平衡的選擇方案。

從現(xiàn)在看,世界上這些車企使用的以及未來(lái)規(guī)劃的材料路線,日本的不管是錳酸鋰+NCM還是純粹的NCM,到未來(lái)都是三元材料為主。韓國(guó)也是如此。中國(guó),原來(lái)大量的磷酸鐵鋰,但是未來(lái)想做的也有了三元的計(jì)劃。當(dāng)然了,由于磷酸鐵鋰做得很成熟了,我們會(huì)保留,那么未來(lái)的方向上考慮的就是三元。所以可以看出,電池企業(yè)在未來(lái)?yè)寠Z2015年之后的200Wh/Kg的動(dòng)力鋰電市場(chǎng),未來(lái)3至5年,NCM/NCA將成為電動(dòng)車用鋰電的主流正極材料。

從動(dòng)力鋰電正極材料的發(fā)展動(dòng)向來(lái)看,這當(dāng)中存在著機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。EV續(xù)航能力要求選擇比能量高的正極材料,給了很好的機(jī)會(huì),特斯拉的成功也證明了多元材料可用于EV,國(guó)內(nèi)的多元材料的制備和使用技術(shù)日趨成熟,積累了很多經(jīng)驗(yàn),所以三元材料未來(lái)充滿著機(jī)會(huì)。當(dāng)然了,如果要用好,還是要做好安全問(wèn)題。據(jù)我所知,現(xiàn)在如果用三元做成軟包,18650的測(cè)試我不太清楚,真正通過(guò)針刺的不太多,但是可以告訴大家,我們一個(gè)國(guó)際客戶用622做的在去年就通過(guò)了針刺。從循環(huán)上,保管是常溫循環(huán)、高溫循環(huán),都要達(dá)到2000周以上的要求。從它的高溫存儲(chǔ)性能和低溫放電上,還要把一些問(wèn)題解決掉。特別是在制備過(guò)程中,用于動(dòng)力電池的三元材料,如何把用電量控制下來(lái),在制備過(guò)程中也需要進(jìn)一步提升。

下面講一下當(dāng)升科技關(guān)于這方面的解決方案。首先當(dāng)升科技一開(kāi)始就跟著日韓在走,所以一開(kāi)始就沒(méi)有選擇磷酸鐵鋰。如果提高鎳含量,它的能量就會(huì)提升。從333到523,有150毫安時(shí)每克的容量,到了160,如果到了62就達(dá)到170左右,提高10%以上。當(dāng)然如果用811或者用鎳鈷鋁,就有可能超過(guò)190。另外是通過(guò)了提高它的充電電壓,假設(shè)以NCM523為例,用0.2C進(jìn)行放電,4.25V下可能是160多一點(diǎn)。如果到了4.4V,就可以達(dá)到185,到了4.5、4.6會(huì)更高,這是一個(gè)很大的難題。做高電壓的三元如果技術(shù)上有突破,將會(huì)在三元使用上有更大突破。目前,當(dāng)升科技已經(jīng)率先開(kāi)發(fā)出一款可以用在4.3V和4.35V的產(chǎn)品,這個(gè)4.4V相當(dāng)于4.35V全電的數(shù)據(jù)。所以高電壓是一個(gè)挑戰(zhàn)。另外可以通過(guò)摻雜,從鋰位上置換,或者到過(guò)渡金屬位置換,或者到晶格間隙位摻雜,提高它的晶格穩(wěn)定,穩(wěn)定材料晶體結(jié)構(gòu),使其耐受高溫、高電壓、反復(fù)充放電等。另外可以通過(guò)我們的包覆技術(shù),選擇不同的包覆元素,穩(wěn)定它的體系和使用壽命。當(dāng)然在這個(gè)過(guò)程中,安全性能保證上,要有金屬雜質(zhì)的控制,全流程雜質(zhì)嚴(yán)格控制,避免直接引發(fā)電池短路爆炸的大顆粒金屬異物,也包括非金屬的。

通過(guò)這些方案,去年和國(guó)際上一個(gè)客戶合作,已經(jīng)批量使用的做出的高容量、高倍率、高壓實(shí)密度的一款產(chǎn)品,去年獲得了國(guó)家創(chuàng)新新產(chǎn)品。當(dāng)升材料研究的一個(gè)進(jìn)展,這個(gè)紅色的,比容容量是比較好,從循環(huán)性能上也是如此。目前在日本和韓國(guó)的客戶中有所使用。我們提到的第二個(gè)產(chǎn)品是NCM622,具有良好的倍率特性,低溫性能好。從它的循環(huán)上等各方面都不錯(cuò)。目前國(guó)內(nèi)的動(dòng)力電池上,測(cè)試下來(lái)是200Wh以上,目前承擔(dān)國(guó)內(nèi)創(chuàng)新工程的幾家,測(cè)試下來(lái)達(dá)到180Wk/Kg,符合了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的也有NCA,現(xiàn)在還是開(kāi)發(fā)階段,目前看,我們的關(guān)鍵性能都有一定優(yōu)勢(shì)。同時(shí)還開(kāi)發(fā)了富鋰錳基做實(shí)驗(yàn),下一步將改善它的性能。目前看,比容量和特性、循環(huán)性能都是不錯(cuò)的。

我要說(shuō)的是,從電池來(lái)說(shuō),要想做好它不是單一的某一個(gè)正極、負(fù)極,它一定是一個(gè)體系的匹配。你選擇一個(gè)什么樣的正極、負(fù)極,匹配性最好才能把電池做得最好。

我今天的報(bào)告就到這兒,謝謝大家。

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