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贝特瑞杨顺毅总工:高镍正极材料进展(报告)
2022年11月15日 发布 分类:行业要闻 点击量:122
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正极材料是锂离子电池的重要组成部分,其成本约占电池的三分之一,同时也决定着整个电池的性能。目前常见的正极材料有层状材料(如钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等)、尖晶石型材料、聚阴离子型材料以及三元材料等。三元材料结合了三种单—层状材料的优点,并且通过三种元素间的协同作用能够达到不同的性能要求。充放电过程中的氧化还原反应主要依靠镍元素的变价,所以材料中镍元素的含量决定了材料的容量,但是过高的镍元素比例又会导致严重的阳离子混排现象,影响材料性能。

钴酸锂及三元材料常见形貌对比

钴酸锂及三元材料常见形貌对比

从技术端来看,高镍三元相较于其他正极材料技术壁垒更高,不仅需要较高的研发技术门槛,还需要更高效稳定的工程技术能力及更精细的生产管理水平。从能量密度端来看,在导入超高镍正极材料后,电芯的能量密度可达到300-400Wh/kg,拉大与磷酸铁锂电芯的差距,目前在高端新能源汽车的生产中还是绕不开的首选,可以更好地满足新能源汽车轻量化、智能化的发展要求。

现阶段三元材料具备高能量密度但经济性不足,磷酸铁锂成本低而能量密度不足,而高镍材料可兼顾低成本和高能量密度。目前,研究较热的正极材料有三元镍钴铝LiNixCoyAl1-x-yO2(NCA)和镍钴锰LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM),随着镍(Ni)含量的提高,能量密度也在逐步提升,通常把5系、6系称为普通三元,8系及以上及NCA称为高镍三元。

三元材料的常见产品分类及性能对比

 

随着技术进步逐渐普及的NCM811较523产品能量密度可提升25%,未来有望提升至30%以上,同时高镍技术路线方面Ni92产品已进入量产。而NCA中镍钴铝常见的配比为8:1.5:0.5,铝的含量非常少,因此可以理解它接近二元材料,以Al(过渡金属)代替锰,是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性,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,因此NCA材料制作工艺上存在门槛。目前NCA还存在制备难、成本高等问题,因此市场上近两年也出现了NCMA(高镍三元掺铝)产品,兼容了NCM和NCA的优点,在镍含量提升比容的同时兼顾降本和安全性。

几款高端高镍三元SEM对比 

几款高端高镍三元SEM对比

目前高镍正极的量产还具备比较高的技术壁垒,高镍三元在生产中需降低烧结温度同时要保证烧结质量,则要增加烧结时间,一般相对中低镍三元需要多次烧结,进而增加了制造费用和降低了单线产能。烧结是正极制备的核心环节,烧结温度和烧结环境对高镍材料的结构、电化学性质、粒度等产生较大的影响,更为复杂的烧结工序增加了高镍三元的制备难度,因此当前国内正极材料厂商多数仍在布局推进中,仅有少数企业能实现量产。

在负极领域,贝特瑞已经连续多年出货量位列全球第一,目前在负极材料的延伸探索也未止步,在新材料硅基负极方面已有较深的技术积累。同时,贝特瑞也在积极布局正极材料,在技术路线选择上,贝特瑞为了集中资源聚焦核心业务,在2021年完成了磷酸铁锂资产及业务转让,专注在以NCA、NCM811为代表的高镍三元正极材料上。其“超高镍正极材料开发”项目旨在将超高镍正极材料产品成功导入量产,刷新容量新高度(容量大于245mAh/g),目前产品覆盖了NCM、NCA、NCMA及无钴正极材料。

目前,在高镍三元材料的产能建设方面,贝特瑞于2015年建成了国内首条年产3000吨NCA产线,2019年15000吨高镍三元正极材料项目投产,新增的15000吨产能预计2022年投产。此外,常州贝特瑞与SKI、亿纬锂能共同投资建设年产5万吨锂电池高镍三元正极材料项目,预计2023年产能全部释放。

贝特瑞正极材料

贝特瑞正极材料

在即将到来的2022年11月24-26日与珠海举办的“2022年全国新能源粉体材料暨增效辅材创新发展论坛(第二届)”,粉体圈邀请了来自贝特瑞新材料集团正极事业部的副总经理杨顺毅总工,为大家现场分享报告“高镍正极材料进展”,报告将聚焦当前国内高镍正极材料的发展和应用现状,结合贝特瑞目前的高镍三元材料领域的研究成果和量产状况,分析未来锂电池正极材料的技术方向。如果您对相关内容感兴趣,请千万不要错过!

报告人简介


贝特瑞新材料集团正极事业部  杨顺毅 副总经理/总工

杨顺毅,博士,2012年8月至2014年9月在华南师范大学物理学博士后流动站从事博士后研究工作;2012年2月至今,先后任深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司正极事业部研发工程师、副总经理、深圳市贝特瑞纳米科技有限公司总工等职务;现兼任公司董事,常州贝特瑞董事长,贝特瑞(江苏)新材料有限公司总经理。


珠海新能源论坛会务组

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