三元電池材料,是指由三種電極材料共融而成的復合電極材料,理論上兼具每種電極材料的特性和優(yōu)勢。
鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMn1-x-yO2)是目前最主流的三元電池材料,也被認為是未來(lái)的發(fā)展趨勢。其以鈷鹽、錳鹽、鎳鹽為原料,通過(guò)調配鈷、錳、鎳三者的比例,來(lái)獲得不同的電極特性。
如果說(shuō)現在什么電池材料最火,恐怕就是高鎳三元材料了。相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料,高鎳三元材料由于鎳元素比例的提高,在比能量上有更大的優(yōu)勢。從333、532,到622,再到811(鎳、鈷、錳三者的比例),近年隨著(zhù)研發(fā)的投入,三元材料高鎳進(jìn)程“根本停不下來(lái)”。
2016年11月14日,由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦,雙登集團股份有限公司、壹能(北京)網(wǎng)絡(luò )科技有限公司共同承辦的“2016’第五屆中國電池市場(chǎng)年會(huì )暨第一屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )、第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”上,眾多電池和材料企業(yè)的發(fā)言也透露中三元材料“高鎳”進(jìn)程加速的趨勢。
高鎳三元電池材料已成“燎原”之勢
如果說(shuō)前兩年,高鎳三元材料電池還處于個(gè)別廠(chǎng)家和學(xué)界的研發(fā)階段,那么從2016年開(kāi)始,高鎳三元電池的研發(fā)和生產(chǎn)已呈“燎原”之勢。
近期,國內動(dòng)力電池龍頭企業(yè)寧德時(shí)代(CATL)總裁黃世霖在相關(guān)場(chǎng)合表示,寧德時(shí)代在材料上會(huì )逐步由磷酸鐵鋰/石墨、三元、高鎳三元/硅碳再到固態(tài)鋰、空氣金屬電池演進(jìn)?!笆濉逼陂g,寧德時(shí)代將致力于高鎳三元/硅碳電池研發(fā),努力實(shí)現350Wh/公斤的目標。目前已經(jīng)組織專(zhuān)門(mén)團隊,確保實(shí)現量產(chǎn)目標。
億緯鋰能亦在其投資人互動(dòng)平臺上表示,高鎳型NCA(鎳鈷鋁)、NCM622和NCM811是三元動(dòng)力電池最主要的發(fā)展方向,公司已完成NCM622型三元動(dòng)力電池的規劃。
當升科技表示,憑借多年研發(fā)和生產(chǎn)高鎳多元正極材料經(jīng)驗,目前公司NCM622 三元正極材料已實(shí)現規?;慨a(chǎn),并得到國內、國際客戶(hù)的認可,被應用到新能源汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域,產(chǎn)品供不應求。
據相關(guān)媒體調查,雖然目前三元電池企業(yè)主要應用的還是NCM333和NCM523電池,但是NCM622已經(jīng)進(jìn)入了部分企業(yè)的材料供應鏈。隨著(zhù)材料體系的高鎳化進(jìn)程,預計明年國內三元電池企業(yè)將開(kāi)始應用NCM811和NCA材質(zhì),電池單體能量密度將從200wh/kg向250-300wh/kg邁進(jìn)。
安全性問(wèn)題在持續解決中
眾所周知,三元材料中的鎳含量越高,材料的穩定性越差,安全性越差。
目前,雖然業(yè)內發(fā)展高鎳三元電池材料的“調子”已定,為了在保持其高比能量的同時(shí),兼顧循環(huán)壽命和安全性,國內材料和電池企業(yè)可謂是苦心造詣,其安全問(wèn)題仍在持續解決中。
業(yè)內專(zhuān)家表示,三元高鎳材料的安全性可以通過(guò)材料改性?xún)?yōu)化、表面包覆、調整電解液和負極材料等方式來(lái)逐步解決。
材料改性方面,在三元材料晶格中摻雜一些金屬離子和非金屬離子,可以提高電子電導率和離子電導率,提高電池的輸出功率密度,同時(shí)可以提高三元材料結構的穩定性;其次,在材料表面包覆一些厚度合適的金屬化合物、鋰鹽或者某些單質(zhì),也能夠使活性物質(zhì)與電解液有物理隔離,減少副反應的發(fā)生,抑制過(guò)渡金屬離子在電解液中的溶解,具有一定機械強度的非活性包覆層還可在長(cháng)期循環(huán)過(guò)程中減緩電極材料結構的坍塌;再者,采取添加劑優(yōu)化電解液,可以有效地促進(jìn)電極材料表面上形成高質(zhì)量的表面膜,同時(shí)抑制電解液的氧化分解。
此外,業(yè)內人士指出,高鎳三元材料電池對制造環(huán)境、生產(chǎn)設備、電芯制造工藝等方面也提出了更高的要求。
目前,在高鎳三元材料的安全性問(wèn)題上,比亞迪、天津力神等業(yè)內領(lǐng)先企業(yè)正在努力解決和完善中。
在2016’第五屆中國電池市場(chǎng)年會(huì )暨第一屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )、第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”上,天津力神詳細地介紹了公司高鎳三元電池材料研發(fā)和生產(chǎn)情況。
天津力神表示,針對高鎳三元電池材料的特性,公司開(kāi)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(guò)新型的抗氧化添加劑的使用,來(lái)提高電池的循環(huán)性能,減少高鎳材料在使用過(guò)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(guò)程中的膨脹,確保電池的安全性。
比亞迪工作人員在相關(guān)場(chǎng)合表示,為了徹底解決高鎳三元材料體系的安全問(wèn)題,比亞迪嘗試用硅材料做電池負極,并對導電劑、連接劑、制備工藝做出了大的調整。在電解液上,比亞迪加大了對耐高溫高壓電解液甚至固體電解液的測試和研發(fā)。
許曉敏

