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受到新能源汽車行業的帶動作用和相關政策的驅動,高鎳三元材料為王

2017-08-17 15:174690小王子高工鋰電

    受到新能源汽車行業的帶動作用和相關政策的驅動,高能量密度的三元材料需求增大。2017年1月14日,工信部牽頭編制了《汽車產業中長期發展規劃》,明確了到2020 年我國新能源汽車年產量將達到200 萬輛,以及到2025 年我國新能源汽車銷量占總銷量的比例達到20%以上的發展目標。


    根據國家發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》,到2020 年,新能源汽車年產銷達到200萬輛,動力電池單體比能量達到300瓦時/公斤以上,力爭實現350瓦時/公斤,系統比能量力爭達到260瓦時/公斤、成本降至1元/瓦時以下。到2025年,新能源汽車占汽車產銷20%以上,動力電池系統比能量達到350瓦時/公斤。


    目前的磷酸鐵鋰材料受到理論比容量的限制達不到2020年的要求,三元的NCM111和NCM523等材料也很難達到2020 年單體電池300wh/kg的目標。目前的主流的NCM523 可以達到160-200wh/kg,而NCM622 和NCM811分別可以達到230wh/kg和280wh/kg。所以未來需要大力發展高鎳的NCM622、NCM811和NCA材料。同時,對于三元材料,振實密度在2-2.5 g/cm3,而磷酸鐵鋰材料振實密度在1-1.4g/cm3,所以三元材料擁有更高的體積能量密度,這對于電池的小型化有重要作用。

    對于三元電池的型號,高鎳材料主要指三元材料中的鎳含量提高。因為在三元NCM 和NCA中,Ni 主要是提供容量作用,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。

    三元NCA 材料,國外起步較早,國內的起步較晚。根據GGII 的統計,截止2016年末,國內從事NCA 生產的企業數量超過了15家,大多數處于建設發展初期,少量企業處于小批量生產送樣檢測的階段,與日韓存在明顯的差距。目前特斯拉電動汽采用的為日本松下的NCA 電池,帶動了全球的NCA 生產的熱潮。國內NCA 生產量為幾百噸左右,根據GGII 預計,到2018年國內NCA 材料需求將突破千噸。


    國內的正極材料企業正在積極布局高鎳三元材料,未來高鎳三元材料比重會逐步提升。目前國內布局高鎳三元材料的企業有當升科技、杉杉能源、天津巴莫、國軒高科、格林美等。根據高工鋰電的調研,高鎳三元材料的占比持續上升,2016年國內高鎳的NCM622、NCM811和NCA在三元材料總產量的占比已經超過5%,預計2017年將達到10%。


    未來高能量密度的NCM622與NCM811和NCA占比將逐步提升。特別的,截止2016 年末,國內從事NCM811/NCA企業相對較少,大多數處于生產線建設階段和小批量生產階段。其中處于研發階段的占據大多數,為55%;處于產線建設階段的有25%;處于小批量生產階段的有20%。


    高鎳三元材料技術難度較大,需要企業科研的不斷投入。由于NCM和NCA結合了LiCoO2、 LiNiO2以及LiMnO2/ LiAlO2的優點,通過三者之間的協同作用,表現出高能量密度、良好循環性和較好的成本優勢的特點。隨著鎳含量的提高,整體能量密度得到提高,但是由于鈷、錳/鋁等含量降低,導致穩定性下降。同時高鎳的三元材料制備工藝、設備以及生產環境等方面的要求都遠遠高于普通三元材料,特別是其前驅體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,并且高鎳的三元材料對窯爐設備的要求很高,很難調控。


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