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中国NCA三元电池进入高能量密度3.0时代

导读: 目前主流的NCM 523可以达到160-200wh/kg,而NCM 622 和NCM 811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg。所以要实现对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长,必须要大力发展高镍三元材料。

近日,我国在高镍正极材料及动力电池单体开发方面获重大突破,天津力神电池股份有限公司研发出一种NCA三元高比能量动力锂电池,能量密度超过300wh/kg,引发业界关注。根据国家工信部《汽车产业中长期发展规划》,要求2020年动力电池单体能量密度达到300Wh/kg,成为业界努力攻关的目标之一。天津力神高比能量电池研发的成功,令整个业界为之一振,也将中国NCA三元电池带入高能量密度3.0时代。

据电池中国网了解,天津力神在氧化镍钴铝锂(NCA)正极材料前期研究基础上,开发高比能量、长循环寿命、良好安全性能的锂离子动力电池用高镍系正极材料;通过纳米制备、纳米分散、包覆及预嵌锂等多种技术,研制容量高、首次效率高、循环稳定性及倍率性能好的硅碳负极材料。

据悉,天津力神基于该体系开发了电芯单体的比能量达到302wh/Kg,体积能量密度大于642Wh/L,25℃下1C充放电循环710次(100%DOD),容量保持率达到80%;同时通过优化电解液配方,循环性能明显改善,目前循环285次(100%DOD)容量保持率高达96%。这一工作为开发出比能量300Wh/kg、循环寿命1500次的锂离子电池单体奠定了基础。

近几年,高能量密度的要求促使国内电池企业不断向高镍三元材料布局。据电池中国网了解,磷酸铁锂材料受到本身性能的限制,以目前的技术难以在2020年达到国家相关规划中对能量密度的要求,三元的NCM 111和NCM 523等材料也很难预期达到单体能量密度300wh/kg的目标。目前主流的NCM 523可以达到160-200wh/kg,而NCM 622 和NCM 811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg。所以要实现对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长,必须要大力发展高镍三元材料。

高镍三元材料主要指镍含量高的三元材料,目前常见的有NCM622、NCM811和NCA。在高镍三元材料中,Ni 主要的作用是提供容量,含量越高电池的能量密度越大;而Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构;Mn/Al主要用来稳定结构,三者协同作用,共同发挥出三元材料高能量密度、较低成本等优点。

在国家政策要求、新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的多重刺激之下,高镍体系的NCM 811和NCA材料已经成为国内动力电池企业积极布局的热点,而从市场情况来看,大多数企业选择了NCM 811路线,而非NCA路线。

据悉,当升科技NCM 811产品目前年产能为4000吨,三期工程计划1.8万吨/年高镍多元材料产能,将于2018年至2020年间陆续建成投产;国轩高科表示已经开发出三元811材料软包电芯,能量密度能够达到302wh/kg;杉杉能源2017年底宣布月产100吨的宁乡基地NCM 811产线顺利投产;亿纬锂能表示,自从2012年起就已开始推广非车用NCM 811;天津巴莫2017年年产5000吨高镍材料产线投产,目前已经实现向国际大客户批量提供NCM 811。据电池中国网了解,宁波金和、厦门钨业、天力锂能等高镍811项目也在稳步推进。

而三元NCA 材料,由于国内起步比较晚,技术水平较国外企业有很大的差距,NCA目前产能主要集中在日本和韩国。NCA主要的供应商有日本的住友金属(Sumitomo)、日本化学产业株式会社和户田化学(Toda),韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售。其中,户田化学主要供应日本AESC和韩国LGC,住友金属主要供应松下和PEVE,韩国的Ecopro对应客户为SDI。数据显示,2017年中国电动汽车市场实现锂离子电池装机总量33.55GWh,其中磷酸铁锂电池装机16.33GWh,NCM三元电池实现装机15GWh,而NCA三元电池装机量仅为286.5MWh。

国内NCA技术路线没有发展起来,除了起步晚,还与三元NCA 材料的生产技术壁垒较高有很大关系。在NCA材料中以Al代替锰,实际是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性,离子掺杂可以增强材料的稳定性,提高材料的循环性能。但是在制作过程中,由于Al为两性金属,不易沉淀。NCA电池需要纯氧环境、加工成本较高,在电池生产全过程均要控制湿度在10%以下,这些对国内企业都存在很大挑战。

所以,此次天津力神在高镍NCA正极材料方面的重大突破给中国的电池企业注入了一剂强心剂。而据电池中国网了解,国内企业如贝特瑞NCA技术已具备量产条件,目前在深圳有3000吨高镍正极材料产能,已实现向松下等客户销售,后续将在江苏常州新建1.5万吨高镍正极材料生产线。另外,上海德朗能、杉杉能源和容百锂电也都对外宣称,具备规模化生产NCA材料的能力。

电池中国网认为,虽然NCA材料具有高技术壁垒,国内企业要实现与日韩企业的抗衡还面临诸多挑战,但是相信在中国这个全球最大的动力电池市场,随着国内企业的不断赶超和技术积累,未来几年内必将迎来高镍电池生产的爆发期,也必定会产生全球领先的本土NCA电池企业巨头。

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