鉅大LARGE | 點擊量：530次 | 2022年11月24日
動力鋰電池公司布局高鎳電池但面對技術(shù)難題
2018年6月12日，新能源汽車補貼新政實施，補貼標(biāo)準(zhǔn)對動力電池能量密度要求提升;此外，鈷作為鋰電池正極材料所必須的元素，價格不斷上漲。在政策對電池能量密度要求升高及鈷價不斷攀升的雙重壓力下，國內(nèi)廠商紛紛開始布局高鎳電池。電動汽車資源網(wǎng)了解到，寧德時代預(yù)計明年將推出高鎳三元811電池。除了寧德時代以外，包括比亞迪、比克電池、國軒高科、杉杉能源、寧波金和、天津巴莫、當(dāng)升科技、廈門鎢業(yè)等企業(yè)，均在高鎳811電池領(lǐng)域展開了積極的布局。數(shù)據(jù)顯示，2018年一季度，國內(nèi)三元材料產(chǎn)量31670噸，同比增長64.26%。其中，常規(guī)NCM型號占比為78%，NCM622型號占比為14%，NCM811占比8%，NCM811產(chǎn)量大幅增長。那么對于高鎳電池，大眾又了解多少呢?
高鎳電池，顧名思義就是動力電池中鎳的占比較高的電池，目前國內(nèi)主要的型號有NCM523，而現(xiàn)在各動力電池企業(yè)積極布局的是NCM811。這幾個數(shù)字是什么意思呢?它們分別代表了動力電池中鎳、鈷、錳所占的比例，NCM811中鎳的比例高達8成。高鎳就意味著動力電池能擁有更高的能量密度，以及更低的鈷含量。高鎳電池能夠同時滿足當(dāng)下動力電池的兩大需求，提升能量密度以及降低材料成本，各大動力電池廠商自然會積極布局。然而，高鎳電池在其實現(xiàn)量產(chǎn)及商業(yè)化的道路上存在著一些不可避免的技術(shù)難題。
三元材料中鎳含量的提高可以帶來更高的能量密度，但正極材料的穩(wěn)定性也會隨著鎳的提高而下降，主要表現(xiàn)為循環(huán)充電中的容量損失及高溫環(huán)境下容量加速衰減。造成容量損失主要因素有陽離子混排、應(yīng)力誘導(dǎo)微裂紋產(chǎn)生、生產(chǎn)過程引入雜質(zhì)、導(dǎo)電炭黑重新分布等等。其中對容量加速衰減影響最為顯著的是陽離子混排及應(yīng)力誘導(dǎo)微裂痕產(chǎn)生，電動汽車資源網(wǎng)將著重分析這兩個因素。
陽離子混排:指二價鎳離子因體積與鋰離子相近，在放電過程中鋰離子大量脫出時，因外界因素的影響，嵌鋰能力發(fā)生改變。在充放電時，正極材料表面中的脫嵌鋰壓力最大，速度也最快，所以表面常常因為陽離子混排造成表面晶格的變化，又稱作表面重構(gòu)。
鎳含量越高，發(fā)生陽離子混排的幾率就越大，減少陽離子混排的情況發(fā)生有以下幾種方法:
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
1.提升技術(shù)減少二價鎳離子的形成，能從根本上減少陽離子混排發(fā)生的幾率。
2.摻雜鎂離子，鎂離子與二價鎳離子體積相近，且鎂離子會比二價鎳離子更早的搶占Li留下的空位，防止鎳離子進入。最重要的是，鎂離子并不會直接參與充放電過程，嵌入后能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
3.提升制備技術(shù)，調(diào)整正極材料原料中鎳與鋰的摩爾比，降低原材料對陽離子混排的影響。
微裂紋產(chǎn)生:高鎳正極材料在充放電時體積會產(chǎn)生變化，鎳的含量越高體積膨脹的比例就越大。微裂紋的產(chǎn)生還會受到充放電截止時電勢大小的影響，因此一般鎳系層狀氧化物正極的工作電壓不宜超過4.1V，以此來防止不可逆相變的發(fā)生，減少內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)晶體上的微裂紋和晶體開始分離，高鎳正極材料的晶粒就會承受更大的體積變量。在體積循環(huán)變動的過程中，晶粒內(nèi)部就很大幾率會產(chǎn)生微裂紋，且晶粒相互之間的距離也會漸漸變大，出現(xiàn)晶粒脫離正極獨立存在的情況。越來越多的晶面與電解液解除，會影響鋰離子，增強其在電極上擴散的電阻，造成充電循環(huán)時容量損失。
抑制微裂紋的形成主要通過減弱單體電壓的相變趨勢來解決，目前的主要有以下幾種方法:
1.抑制陽離子混排中的鎂離子摻雜，可以起到降低微裂紋產(chǎn)生的作用。
2.優(yōu)化制備技術(shù)，將高鎳正極材料制備成內(nèi)部均勻嵌入Li2MnO3結(jié)構(gòu)單元的兩相復(fù)合材料，可以減少體積變化。
總結(jié):由于鎳比鈷的價格低，所以高鎳電池的原料成本相對較低，但電動汽車資源網(wǎng)認(rèn)為，動力電池企業(yè)想要將高鎳電池量產(chǎn)及商業(yè)化，還需要跨越上述技術(shù)難題。由于這些難題的存在，導(dǎo)致高鎳正極材料的生產(chǎn)難度上升，原料成本下降，生產(chǎn)成本卻升高了，所以高鎳電池的最終成本并不會大幅下降。但就動力電池行業(yè)的總體趨勢來看，發(fā)展高鎳電池已經(jīng)勢在必行。
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