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独家|三元材料“高镍”进程加速 安全性仍在持续解决中
发布时间:2016-11-17      浏览次数:850

  三元电池材料,是指由三种电极材料共融而成的复合电极材料,理论上兼具每种电极材料的特性和优势。
  镍钴锰酸锂(LiNixCoyMn1-x-yO2)是目前最主流的三元电池材料,也被认为是未来的发展趋势。其以钴盐、锰盐、镍盐为原料,通过调配钴、锰、镍三者的比例,来获得不同的电极特性。
  如果说现在什么电池材料最火,恐怕就是高镍三元材料了。相比磷酸铁锂和低镍三元材料,高镍三元材料由于镍元素比例的提高,在比能量上有更大的优势。从333、532,到622、711到811(镍、钴、锰三者的比例),近年随着研发的投入,三元材料高镍进程“根本停不下来”。
  2016年11月14日,由中国化学与物理电源行业协会和电池中国网联合主办,双登集团股份有限公司、壹能(北京)网络科技有限公司共同承办的“2016’第五届中国电池市场年会暨第一届动力电池应用国际峰会、第二届中国电池行业智能制造研讨会”上,众多电池和材料企业的发言也透露中三元材料“高镍”进程加速的趋势。

  高镍三元电池材料已成“燎原”之势  

  如果说前两年,高镍三元材料电池还处于个别厂家和学界的研发阶段,那么从2016年开始,高镍三元电池的研发和生产已呈“燎原”之势。
  近期,国内动力电池龙头企业宁德时代(CATL)总裁黄世霖在相关场合表示,宁德时代在材料上会逐步由磷酸铁锂/石墨、三元、高镍三元/硅碳再到固态锂、空气金属电池演进。“十三五”期间,宁德时代将致力于高镍三元/硅碳电池研发,努力实现350Wh/公斤的目标。目前已经组织专门团队,确保实现量产目标。  
  亿纬锂能亦在其投资人互动平台上表示,高镍型NCA(镍钴铝)、NCM622和NCM811是三元动力电池最主要的发展方向,公司已完成NCM622型三元动力电池的规划。  
  当升科技表示,凭借多年研发和生产高镍多元正极材料经验,目前公司NCM622  三元正极材料已实现规模化量产,并得到国内、国际客户的认可,被应用到新能源汽车动力电池领域,产品供不应求。  
  据相关媒体调查,虽然目前三元电池企业主要应用的还是NCM333和NCM523电池,但是NCM622已经进入了部分企业的材料供应链。随着材料体系的高镍化进程,预计明年国内三元电池企业将开始应用NCM811和NCA材质,电池单体能量密度将从200wh/kg向250-300wh/kg迈进。  

   安全性问题在持续解决中
   众所周知,三元材料中的镍含量越高,材料的稳定性越差,安全性越差。  
   目前,虽然业内发展高镍三元电池材料的“调子”已定,为了在保持其高比能量的同时,兼顾循环寿命和安全性,国内材料和电池企业可谓是苦心造诣,其安全问题仍在持续解决中。  
   业内专家表示,三元高镍材料的安全性可以通过材料改性优化、表面包覆、调整电解液和负极材料等方式来逐步解决。  
   材料改性方面,在三元材料晶格中掺杂一些金属离子和非金属离子,可以提高电子电导率和离子电导率,提高电池的输出功率密度,同时可以提高三元材料结构的稳定性;其次,在材料表面包覆一些厚度合适的金属化合物、锂盐或者某些单质,也能够使活性物质与电解液有物理隔离,减少副反应的发生,抑制过渡金属离子在电解液中的溶解,具有一定机械强度的非活性包覆层还可在长期循环过程中减缓电极材料结构的坍塌;再者,采取添加剂优化电解液,可以有效地促进电极材料表面上形成高质量的表面膜,同时抑制电解液的氧化分解。  
   此外,业内人士指出,高镍三元材料电池对制造环境、生产设备、电芯制造工艺等方面也提出了更高的要求。  
   目前,在高镍三元材料的安全性问题上,比亚迪、天津力神等业内领先企业正在努力解决和完善中。  
   在2016’第五届中国电池市场年会暨第一届动力电池应用国际峰会、第二届中国电池行业智能制造研讨会”上,天津力神详细地介绍了公司高镍三元电池材料研发和生产情况。  
   天津力神表示,针对高镍三元电池材料的特性,公司开发了多元素包覆技术,在提升材料性能的同时,保持其容量倍率;在电解液方面,通过新型的抗氧化添加剂的使用,来提高电池的循环性能,减少高镍材料在使用过程中的膨胀;在电池工艺上,使用新型的黏合剂和梯度化纯工艺提高电池的循环寿命,减少硅材料在使用过程中的膨胀,确保电池的安全性。  
   比亚迪工作人员在相关场合表示,为了彻底解决高镍三元材料体系的安全问题,比亚迪尝试用硅材料做电池负极,并对导电剂、连接剂、制备工艺做出了大的调整。在电解液上,比亚迪加大了对耐高温高压电解液甚至固体电解液的测试和研发。(来源:电池中国网)  

  
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