高能量密度動力鋰電正極三元材料的研究進(jìn)展
圖為當(dāng)升科技陳彥彬副總經(jīng)理做會議演講
為了幫助企業(yè)客觀分析2016年動力電池行業(yè)運(yùn)行情況，正確把握行業(yè)發(fā)展趨勢，加大動力及儲能電池的開發(fā)應(yīng)用，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦，雙登集團(tuán)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年第五屆中國電池市場年會暨2016年第一屆動力電池應(yīng)用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領(lǐng)導(dǎo)、知名科研機(jī)構(gòu)專家、新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機(jī)構(gòu)代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，北京當(dāng)升科技股份有限公司技術(shù)副總經(jīng)理陳彥彬做了題為《高能量密度動力鋰電正極三元材料的研究進(jìn)展》的專題報(bào)告，以下是根據(jù)速記整理的內(nèi)容，未經(jīng)本人審核，僅供參考。
下面有請當(dāng)升科技陳彥彬總經(jīng)理，他介紹當(dāng)升科技在高能量密度三元材料的研發(fā)進(jìn)展。
陳彥彬：非常高興有機(jī)會來介紹一下我們在三元材料方面的研究進(jìn)展。首先簡單介紹一下公司的基本情況，簡單過一下，最早我們是礦冶總院課題組，2000年做鈷酸鋰，2010年上市，上市之后參股了長沙星城微晶石墨，去年我們并購一個重鼎高科，做智能裝備的一個公司。在正極材料方面，當(dāng)升一直走在行業(yè)的前列，我們曾經(jīng)被認(rèn)為國家技術(shù)創(chuàng)新的示范企業(yè)，去年我們也被發(fā)改委認(rèn)定為國家企業(yè)，目前是正極材料里面唯一的技術(shù)中心。在三個產(chǎn)品系列里邊，我們開發(fā)了40多款產(chǎn)品，這里邊基本上都是率先出口日韓市場，我們目前累計(jì)銷售，截止去年達(dá)到50億，今年一年應(yīng)該有超過10多個億，這個得益于動力電池市場的爆發(fā)。
我們是繼優(yōu)尼科之后在中日韓三個市場，這里邊有很多我們的客戶，如果細(xì)心的朋友可能會查閱海關(guān)的數(shù)據(jù)，目前三元材料出口這一塊，當(dāng)升的材料能占到一半以上，而且價格非常高，這里面主要我們是做動力和國際上的一些高端的這樣一些單子，講差價折合人民幣應(yīng)該差2萬多塊錢。當(dāng)升的優(yōu)勢，我們的產(chǎn)品序列比較全，面對客戶群比較廣，我們的技術(shù)集中度比較高，從前軀體到正極材料我們有配套的開發(fā)。第三個，做國際客戶很多都是定制化的產(chǎn)品。第四個，我們從2006年開始做國際市場，經(jīng)過了這么多年的考驗(yàn)。第五個，我們正極材料產(chǎn)能規(guī)模比較大，尤其是我們動力電池材料的工廠。第六個，我們高端客戶資源比較好。
從技術(shù)趨勢來講，市場趨勢來講，第一個是電力公司，這個發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的，第二，正極材料、三元材料逐步過渡到三元材料為主，有人預(yù)測2020年三元材料，包括NMC，占比能接近80%，523做到200Wh/kg，近期申報(bào)創(chuàng)新工程的時候，我看大多數(shù)采用811或者NMC，當(dāng)然也有做622，還有做300Wh/kg的體系。從提升能量，通過提升鎳含量，能量不斷提升，都可以達(dá)到相同的能量密度。采取什么樣的路線，還要看我們的技術(shù)基礎(chǔ)，先走高鎳還是走高電壓。整體上從國際趨勢來看，包括采取的路線都是先走高電耗，然后做高電壓。這里邊我也提一下，高鎳材料終極目標(biāo)是811，但是811是80以上，接近90，后面過一些。另一個可選的就是NC，應(yīng)用上來講，811更占上風(fēng)一些，我看后邊也有一些數(shù)據(jù)，結(jié)合目前主要硬殼電池，但是安全性方面還是有很大的短板，所以811的材料更具有前途。
當(dāng)升，剛才講的，我們針對車這一塊，主要做高能量密度，是高鎳化的，也做一些中高鎳的高電壓，同時從體驗(yàn)性而典，我們高密度的前軀體做高密度的正極材料，同時我們會從前軀體、燒結(jié)、摻雜、表面處理等提升他的壽命和提升的安全性。這是我們做的一些產(chǎn)品，BCD就是我們以622為例，我們做容量型的，做倍率型的，或者做長壽命的，還有最右邊的顆粒，我們做快充的，這方面所需要的前軀體，小到3微米，大到20多微米，這種高密度材料，我們都可以做，而且保證壽命、容量、倍率等等這些特性。第二，比較重要的摻雜，摻什么元素，是氫氧化物、氧化物還是其他的東西，尤其是一些氫元素，我們知道做NCA的時候，像韓國NCA干法燒結(jié)的時候再加進(jìn)去，但是說這種氫元素要有效的摻雜進(jìn)去，還是有很多的挑戰(zhàn)。
包括技術(shù)也很重要，因?yàn)槭且粋€超強(qiáng)氧化的東西，怎么樣通過包覆提升4.5V、45度下的高溫壽命，當(dāng)然除了循環(huán)還有存儲等等這些東西。當(dāng)升也開發(fā)了很多的包覆技術(shù)，而且用多元素的包覆，使性能提升，當(dāng)然包覆表面處理的東西，提升性能的同時他的容量倍率還是可以保持。
我們的523方面目前這幾款材料，前面這兩點(diǎn)我們數(shù)碼的材料，燒一遍就出貨了，賣掉了，后面三種是作為長壽命的材料，從前軀體燒結(jié)，包括摻雜包覆做了這么幾款材料。12微米的能量型的材料，第二個就是5微米的快充的材料，還有最后一個是做我們儲能ESS應(yīng)用的。
我們這個產(chǎn)品可以看到，產(chǎn)品的表面是很多納米粉的包覆，而且是均勻的包覆，這個雜質(zhì)是比較低的，納米粉存在表面，比較高，并不降低安全性，反而提升安全性。包括我們做了一個全面池，國內(nèi)一款材料做對比，我們看到厚度增加只有3.4%，密度增加只有4.9%，所以他在電池的高溫存儲的穩(wěn)定性是非常高的，因?yàn)殡姵卮鎯Γ瑑?nèi)阻上升，內(nèi)阻上升可能會發(fā)熱，影響壽命還影響安全性。我們也做了壽命的測試，我們實(shí)驗(yàn)室做的一個軟報(bào)電池，我們實(shí)驗(yàn)室可以做到2000周以上的常溫壽命，高溫是800周，但是電池廠制作水平比我們高，這是我們客戶，能量密度達(dá)到210Wh/kg，他的高溫可以做到2000周以上，國內(nèi)車長一般1200周，寶馬1600周，我們能量、壽命、存儲特性是非常好的。也有客戶測高電壓，60度4.35V，500周作為評價的體系保持82%，滿足他高電壓的應(yīng)用但是實(shí)際應(yīng)用上先是走常壓，然后一步一步做到高壓。這是我們5E5這款材料，主要是對準(zhǔn)韓國333的材料工藝型的應(yīng)用，同樣我們也是把顆粒做小，通過包覆的辦法，從克比容量上，比333高出10毫安時以上，但是存儲，看右邊倒數(shù)第二列，我們做85度4小時故障只有0.8%，和333不是一個量級的，也可以看到它的穩(wěn)定性非常好，我們也做了常溫壽命和高溫壽命是和333達(dá)到同樣的水準(zhǔn)，這是國內(nèi)一個比較大的客戶，做了高溫、高倍率的充電，可以看到壽命是非常好的。多下邊的圖，333大概31天，增加5%，我們只有12%，他的高溫存儲特性非常好，不光壽命可以達(dá)到這個水平。
這是韓國的一個客戶，評價的幾款材料，是在45度下，他的循環(huán)壽命非常好，目前是在歐美的一些儲能，包括特斯拉，包括一些歐洲的儲能項(xiàng)目已經(jīng)批量應(yīng)用，下面介紹622材料，我們對標(biāo)的材料也是韓國的一款材料，看到這個材料是表面包覆的，我們的6A也是表面包覆，表面浮點(diǎn)看不到的，除了表面的包覆還進(jìn)了微孔內(nèi)部，電解液進(jìn)入微孔內(nèi)部穩(wěn)定性也是比較好的。我們和國外的材料比，我們的密度2.78，他的只有2.4點(diǎn)幾，高出0.3，容量應(yīng)該高出1—2個毫安時。我們測了容量倍率，藍(lán)色得閑是我們的，紅色的是韓國同行的，更大的差異是在壽命，最上面藍(lán)色的是我們的材料，紅色的是韓國的，黑色的是國內(nèi)的一款。
這個是30安時的，這個是北汽新能源用的30安時的電池，我們和韓國SK，可以看到左邊這個圖，一級充電，兩級放電，我們的壽命2600周還保持這樣的壽命，他的壽命4000周以內(nèi)，國內(nèi)客戶也能做到3000周左右，常高溫能做到1600周，另外我們低溫特性，特問充電、低溫放電藍(lán)色那一圈都是我們的數(shù)據(jù)，北京SK副總講電池低溫充電特性非常好，冬天照樣80安充電，國內(nèi)的電池可能磷酸鐵鋰電池冬天加熱才能充電，我們直接不需要加熱就可以充電，這個電池做的非常牛。綜合來講，我們這個材料比韓國同行的有四大性能優(yōu)勢，一個是密度比較高，第二，容量高，低溫特性非常好，循環(huán)壽命應(yīng)該說行業(yè)認(rèn)可度非常高。811我們現(xiàn)在也在開發(fā)，因?yàn)?11市場上我們對標(biāo)的是日本的NCA，堿性雜質(zhì)，我們做到總堿量在0.6左右，已經(jīng)接近622的水平，實(shí)際上產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用不會出現(xiàn)這樣的問題。目前的容量做到205毫安時/克。
這個材料做完以后，第二個解決的問題是高鎳化的壽命會不會有問題，我們622做了電池的對比，容量在提升20毫安時的基礎(chǔ)上壽命是沒有問題的。我們也和NCA做了對比，黑色的線就是我們從日本拿來的NCA，紅色的線是我們的材料，比NCA好很多，主要原因是NCA剛才講，堿性雜質(zhì)比較高，要通過水洗，表面洗下來，結(jié)果可能結(jié)構(gòu)里面也洗下來，這樣對他水洗前面的壽命傷害還是比較大的，我們采取的辦法，是通過包覆，把表面的殘余反應(yīng)掉，形成一個離子可以自由進(jìn)出的包覆層，形成穩(wěn)定材料性能的同時它的容量倍率各方面都能夠保持下來。我們也做了電池，目前是100%的DOD下600周，還有96%的保持率，這個材料到2000周以上肯定沒有問題，還是基于我們的電池技術(shù)，國內(nèi)這些比較優(yōu)秀的電池廠，我想可能還會接近我們622的水平，國內(nèi)3000周，國際的一些電池可能做到4000周這樣的水平。
NCA，我們也在研究，但是投入的精力沒有811那么大，所以剛才的數(shù)據(jù)，我們更看重811，我們做了一年時間，可以看到現(xiàn)在的性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過市場比較好的，不能說最好，最好的可能還沒有拿到，應(yīng)該是比較好的NCA的水平。我們實(shí)驗(yàn)室的NCA也能做到200零幾毫安時的水平，雖然我們顆粒比較大13微米，但是容量倍率還是不錯的，包括壽命。
最后一塊，產(chǎn)品做的好，裝備也是非常重要的，我們上市的項(xiàng)目，在南通的海門，我們計(jì)劃投資20億，建成5萬噸的產(chǎn)能，每年都在建設(shè)，對于現(xiàn)場的整個環(huán)境到裝備、到流程方方面面做的比較細(xì)，這個工廠是基于韓國和日本同行比較先進(jìn)的生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上優(yōu)美出來的東西，因?yàn)橄嘈湃枕n的很多包括國內(nèi)的電池企業(yè)也到江蘇當(dāng)升看過，非常非常認(rèn)可，目前這個線可以控制到幾個PPB的水平，因?yàn)樗挚梢宰龅綆资畟€PPM，我們的線連續(xù)式大產(chǎn)能自動化的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，每條線單線的產(chǎn)能可以做到千噸。這個工廠經(jīng)過了企業(yè)認(rèn)證，我們今年上半年審核通過。
小結(jié)，第一，做高能量密度三元材料動力電池除了之外別無選擇。第二，高鎳化相對于高電壓來講還是首選的方向。當(dāng)然523，在2.2安時以下，包括現(xiàn)在2.4安時還有一些應(yīng)用。622和811，622今年的圓柱形電池軟包用量很大，明后年，我們了解到的現(xiàn)在很多工廠已經(jīng)停止了523電池的開發(fā)，直接跳到622，因?yàn)閂DA的電池要做到48安時也是523就可以考慮，所以我們知道很多廠商，811明年會在圓柱電池上有一些應(yīng)用，可能后年這些軟包電池會起量。第三，要做高鎳材料解決壽命、存儲安全等方面，需要從前軀體、潮解、摻雜、表面各個環(huán)節(jié)做到最優(yōu)化。第四，高效率、高可靠性的生產(chǎn)裝備是做高端、高能量電池材料的重要的硬件基礎(chǔ)。第五，可靠的品質(zhì)保障必不可少。
我的匯報(bào)完了，謝謝大家！
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