我國(guó)在動(dòng)力電池方面獲重大突破，研發(fā)出一種NCA三元高比能量動(dòng)力鋰電池

近日，我國(guó)在高鎳正極材料及動(dòng)力電池單體開(kāi)發(fā)方面獲重大突破，天津力神電池股份有限公司研發(fā)出一種NCA三元高比能量動(dòng)力鋰電池，能量密度超過(guò)300wh／kg，引發(fā)業(yè)界關(guān)注。根據(jù)國(guó)家工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，要求2020年動(dòng)力電池單體能量密度達(dá)到300Wh／kg，成為業(yè)界努力攻關(guān)的目標(biāo)之一。天津力神高比能量電池研發(fā)的成功，令整個(gè)業(yè)界為之一振，也將中國(guó)NCA三元電池帶入高能量密度3．0時(shí)代。

據(jù)電池中國(guó)網(wǎng)了解，天津力神在氧化鎳鈷鋁鋰（NCA）正極材料前期研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、良好安全性能的鋰離子動(dòng)力電池用高鎳系正極材料；通過(guò)納米制備、納米分散、包覆及預(yù)嵌鋰等多種技術(shù)，研制容量高、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能好的硅碳負(fù)極材料。

據(jù)悉，天津力神基于該體系開(kāi)發(fā)了電芯單體的比能量達(dá)到302wh／Kg，體積能量密度大于642Wh／L，25℃下1C充放電循環(huán)710次（100％DOD），容量保持率達(dá)到80％；同時(shí)通過(guò)優(yōu)化電解液配方，循環(huán)性能明顯改善，目前循環(huán)285次（100％DOD）容量保持率高達(dá)96％。這一工作為開(kāi)發(fā)出比能量300Wh／kg、循環(huán)壽命1500次的鋰離子電池單體奠定了基礎(chǔ)。

近幾年，高能量密度的要求促使國(guó)內(nèi)電池企業(yè)不斷向高鎳三元材料布局。據(jù)電池中國(guó)網(wǎng)了解，磷酸鐵鋰材料受到本身性能的限制，以目前的技術(shù)難以在2020年達(dá)到國(guó)家相關(guān)規(guī)劃中對(duì)能量密度的要求，三元的NCM 111和NCM 523等材料也很難預(yù)期達(dá)到單體能量密度300wh／kg的目標(biāo)。目前主流的NCM 523 可以達(dá)到160－200wh／kg，而NCM 622 和NCM 811分別可以達(dá)到230wh／kg和280wh／kg。所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池能量密度的高要求和續(xù)航里程的延長(zhǎng)，必須要大力發(fā)展高鎳三元材料。

高鎳三元材料主要指鎳含量高的三元材料，目前常見(jiàn)的有NCM622、NCM811和NCA。在高鎳三元材料中，Ni 主要的作用是提供容量，含量越高電池的能量密度越大；而Co貢獻(xiàn)一部分容量的同時(shí)可以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；Mn／Al主要用來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，三者協(xié)同作用，共同發(fā)揮出三元材料高能量密度、較低成本等優(yōu)點(diǎn)。

在國(guó)家政策要求、新能源汽車?yán)m(xù)航里程提高和鈷價(jià)不斷高漲的多重刺激之下，高鎳體系的NCM 811和NCA材料已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)積極布局的熱點(diǎn)，而從市場(chǎng)情況來(lái)看，大多數(shù)企業(yè)選擇了NCM 811路線，而非NCA路線。

據(jù)悉，當(dāng)升科技NCM 811產(chǎn)品目前年產(chǎn)能為4000噸，三期工程計(jì)劃1．8萬(wàn)噸／年高鎳多元材料產(chǎn)能，將于2018年至2020年間陸續(xù)建成投產(chǎn)；國(guó)軒高科表示已經(jīng)開(kāi)發(fā)出三元811材料軟包電芯，能量密度能夠達(dá)到302wh／kg；杉杉能源2017年底宣布月產(chǎn)100噸的寧鄉(xiāng)基地NCM 811產(chǎn)線順利投產(chǎn)；億緯鋰能表示，自從2012年起就已開(kāi)始推廣非車用NCM 811；天津巴莫2017年年產(chǎn)5000噸高鎳材料產(chǎn)線投產(chǎn)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)向國(guó)際大客戶批量提供NCM 811。據(jù)電池中國(guó)網(wǎng)了解，寧波金和、廈門(mén)鎢業(yè)、天力鋰能等高鎳811項(xiàng)目也在穩(wěn)步推進(jìn)。

而三元NCA 材料，由于國(guó)內(nèi)起步比較晚，技術(shù)水平較國(guó)外企業(yè)有很大的差距，NCA目前產(chǎn)能主要集中在日本和韓國(guó)。NCA主要的供應(yīng)商有日本的住友金屬（Sumitomo）、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社和戶田化學(xué)（Toda），韓國(guó)的Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品銷售。其中，戶田化學(xué)主要供應(yīng)日本AESC和韓國(guó)LGC，住友金屬主要供應(yīng)松下和PEVE，韓國(guó)的Ecopro對(duì)應(yīng)客戶為SDI。數(shù)據(jù)顯示，2017年中國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)鋰離子電池裝機(jī)總量33．55GWh，其中磷酸鐵鋰電池裝機(jī)16．33GWh，NCM三元電池實(shí)現(xiàn)裝機(jī)15GWh，而NCA三元電池裝機(jī)量?jī)H為286．5MWh。

國(guó)內(nèi)NCA技術(shù)路線沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，除了起步晚，還與三元NCA 材料的生產(chǎn)技術(shù)壁壘較高有很大關(guān)系。在NCA材料中以Al代替錳，實(shí)際是將鎳鈷錳酸鋰通過(guò)離子摻雜和表面包覆進(jìn)行改性，離子摻雜可以增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性，提高材料的循環(huán)性能。但是在制作過(guò)程中，由于Al為兩性金屬，不易沉淀。NCA電池需要純氧環(huán)境、加工成本較高，在電池生產(chǎn)全過(guò)程均要控制濕度在10％以下，這些對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)都存在很大挑戰(zhàn)。

所以，此次天津力神在高鎳NCA正極材料方面的重大突破給中國(guó)的電池企業(yè)注入了一劑強(qiáng)心劑。而據(jù)電池中國(guó)網(wǎng)了解，國(guó)內(nèi)企業(yè)如貝特瑞NCA技術(shù)已具備量產(chǎn)條件，目前在深圳有3000噸高鎳正極材料產(chǎn)能，已實(shí)現(xiàn)向松下等客戶銷售，后續(xù)將在江蘇常州新建1．5萬(wàn)噸高鎳正極材料生產(chǎn)線。另外，上海德朗能、杉杉能源和容百鋰電也都對(duì)外宣稱，具備規(guī)模化生產(chǎn)NCA材料的能力。

電池中國(guó)網(wǎng)認(rèn)為，雖然NCA材料具有高技術(shù)壁壘，國(guó)內(nèi)企業(yè)要實(shí)現(xiàn)與日韓企業(yè)的抗衡還面臨諸多挑戰(zhàn)，但是相信在中國(guó)這個(gè)全球最大的動(dòng)力電池市場(chǎng)，隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)的不斷趕超和技術(shù)積累，未來(lái)幾年內(nèi)必將迎來(lái)高鎳電池生產(chǎn)的爆發(fā)期，也必定會(huì)產(chǎn)生全球領(lǐng)先的本土NCA電池企業(yè)巨頭。