鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:927次 | 2018年07月29日
高鎳三元電池迎來快速發(fā)展契機(jī)
隨著各方對(duì)動(dòng)力電池在安全性和能量密度等方面的要求越來越高,高鎳三元材料電池以其能量密度高、循環(huán)壽命較長、安全性較好、成本相對(duì)較低等突出特點(diǎn),越來越成為市場追逐的熱點(diǎn)。目前國內(nèi)包括力神、比克、波士頓、寧德時(shí)代等大型動(dòng)力電池企業(yè)都將高鎳三元材料電池作為下一代動(dòng)力鋰電池的研發(fā)目標(biāo)。
三元電池材料,是指由三種電極材料共融而成的復(fù)合電極材料。鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMn1-x-yO2)是目前最主流的三元電池材料,以鈷鹽、錳鹽、鎳鹽為原料,通過調(diào)配鈷、錳、鎳三者的比例,來獲得不同的電極特性。
三元材料中,鈷的作用在于穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu),而且可以提高材料的循環(huán)和倍率性能,但過高的鈷含量會(huì)導(dǎo)致電池的實(shí)際容量降低;鎳的作用在于提高材料的能量密度.但鎳含量高(即高鎳)的三元材料也會(huì)導(dǎo)致鋰鎳混排,從而造成鋰的析出;錳的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,但過高的錳含量會(huì)破壞材料的層狀結(jié)構(gòu),使材料的比容量降低。高鎳三元電池,即鎳含量在電池具有較高的占比。目前高鎳電池型號(hào)包含了從333、532,到622、711到811(鎳、鈷、錳三者的比例)等系列。
從國外三元電池材料應(yīng)用市場來看,日本主要使用NCM(鎳、鈷、錳三元素比例為1:1:1和5:3:2)及NCA體系,其技術(shù)處于領(lǐng)先水平。特斯拉所用的高鎳NCA三元電池電芯均來自松下(鎳、鈷、鋁元素比例為8:1.5:0.5)。韓國現(xiàn)在主要使用NCM體系(鎳、鈷、錳三元素的比例與日本相同),并正在嘗試NCA(鎳、鈷、鋁元素比例為8:1:1)體系。目前高鎳三元正極材料的成熟制備技術(shù)和批量生產(chǎn)能力主要掌握在日本住友、戶田工業(yè)、ECOPRO等幾家日韓企業(yè)手中。
總體來說,在當(dāng)前三元高鎳電池材料領(lǐng)域,日本企業(yè)以其獨(dú)特的專業(yè)技術(shù)積累把控著市場,而韓國企業(yè)近幾年迅速崛起,無論在技術(shù)還是產(chǎn)品品質(zhì)方面都極具競爭力。
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%
我國電池企業(yè)進(jìn)入三元材料領(lǐng)域時(shí)間不長,在三元高鎳電池材料的發(fā)展上落后于日本和韓國,高端高鎳三元材料還主要依賴進(jìn)口。但是,近期國內(nèi)三元材料電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化正在提速。2016年,受工信部委托,中國汽車工程學(xué)會(huì)編制的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中規(guī)劃了我國2020年的純電動(dòng)乘用車動(dòng)力電池能量密度目標(biāo)為300wh/kg,2025年目標(biāo)為400wh/kg,2030年目標(biāo)為500wh/kg。在2016年底公布的新版補(bǔ)貼政策中,國家相關(guān)部門對(duì)高比能量的電池系統(tǒng),也規(guī)定了較高的補(bǔ)貼系數(shù)。
一系列政策和規(guī)劃的推出,既是對(duì)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向的指導(dǎo),也為企業(yè)下一步的技術(shù)研發(fā)投入提供了基礎(chǔ)性依據(jù)。國內(nèi)企業(yè)已紛紛投產(chǎn)高鎳三元材料電池,目前國內(nèi)三元材料市場上較為主流的是NCM523和111型,更高一級(jí)的NCM622型也開始在動(dòng)力電池領(lǐng)域批量應(yīng)用。NCM811型和NCA高鎳三元材料還處于研發(fā)測(cè)試階段,尚未獲得動(dòng)力電池企業(yè)的認(rèn)可,離大批量生產(chǎn)應(yīng)用還存在一定的距離。據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示,高鎳三元材料的占比持續(xù)上升,2016年國內(nèi)NCM622、NCA型在三元材料總產(chǎn)量的占比超過5%,當(dāng)前國內(nèi)三元材料超過75%仍為NCM523。NCM811型雖然還處于測(cè)試階段,但已有多家正極材料企業(yè)進(jìn)行了布局。
目前國內(nèi)從事高鎳三元材料生產(chǎn)研發(fā)的有如下企業(yè):
當(dāng)升科技:業(yè)界少數(shù)能量產(chǎn)車用高鎳多元材料產(chǎn)品的企業(yè)之一,憑借多年研發(fā)和生產(chǎn)高鎳多元正極材料經(jīng)驗(yàn),目前公司NCM523/NCM622三元高鎳材料已實(shí)現(xiàn)規(guī)?;慨a(chǎn),被應(yīng)用到新能源汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域。
2016年7月,當(dāng)升科技募資新建年產(chǎn)4000噸高鎳三元電池材料項(xiàng)目。目前,該項(xiàng)目二期工程第一階段已經(jīng)建成投產(chǎn),公司新增2000噸/年高鎳三元電池材料產(chǎn)能,合計(jì)產(chǎn)能近4000噸/年。此外,公司還擁有NCA811和NCM811技術(shù),并與韓國GSEnergy公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,合力打造三元高鎳電池材料。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
國軒高科:2016年11月,該公司發(fā)布公告稱,擬募資不超過36億元用于動(dòng)力電池相關(guān)項(xiàng)目建設(shè),其中,擬以5億元投建年產(chǎn)10000噸高鎳三元正極材料和5000噸硅基負(fù)極材料項(xiàng)目。在項(xiàng)目公告中,國軒高科稱已掌握高鎳三元正極材料晶面生長控制和快離子導(dǎo)體表面包覆改性技術(shù),該技術(shù)提高了高鎳三元正極材料的加工性能、克容量和循環(huán)壽命。
比亞迪:以磷酸鐵鋰為主要正極材料的比亞迪也已開始布局三元高鎳正極材料。據(jù)比亞迪電池技術(shù)開發(fā)部門經(jīng)理江文鋒介紹,在技術(shù)路線方面,比亞迪希望在2018年將三元電池比能量密度達(dá)到240Wh/kg。為達(dá)到這個(gè)目標(biāo),比亞迪選用了高鎳三元正極材料,目前正對(duì)高鎳三元電池的熱失控以及高鎳體系的安全問題進(jìn)行深入研究。
天津力神:針對(duì)高鎳三元電池材料的特性,該公司開發(fā)了多元素包覆技術(shù),在提升材料性能的同時(shí),保持其容量倍率;在電解液方面,通過新型的抗氧化添加劑的使用,來提高電池的循環(huán)性能,減少高鎳材料在使用過程中的膨脹;在電池工藝上,使用新型的黏合劑和梯度化純工藝提高電池的循環(huán)壽命,減少硅材料在使用過程中的膨脹,確保電池的安全性。
眾和股份:2016年上半年該公司位于江蘇連云港動(dòng)力電池正極材料鎳鈷錳酸鋰產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)項(xiàng)目完成三元正極材料NCM(鎳鈷錳)一期建設(shè)(3500噸/年產(chǎn)能),于2016下半年正式投產(chǎn)。二期建設(shè)于2016年底完成,2017年初形成總計(jì)10000噸/年三元正極材料產(chǎn)能。
雖然國內(nèi)企業(yè)紛紛投產(chǎn)高鎳三元材料電池,但是應(yīng)當(dāng)看到,目前我國高鎳三元材料電池產(chǎn)業(yè)化程度還不高,大部分企業(yè)仍處于開發(fā)或預(yù)產(chǎn)階段,三元高鎳材料電池在安全性以及生產(chǎn)工藝方面的較高要求仍是研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)。
根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》要求,到2020年,我國純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量要超過500萬輛。市場對(duì)動(dòng)力電池的需求量會(huì)越來越大,同時(shí)對(duì)電池安全性能和能量密度比的要求也將越來越高。隨著產(chǎn)業(yè)政策支持力度的不斷加大,以及越來越多企業(yè)加速布局這一領(lǐng)域,高鎳三元電池將有望迎來快速發(fā)展契機(jī)。