根據(jù)國家發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》,到2020 年,新能源汽車年產(chǎn)銷達(dá)到200萬輛,動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到300瓦時(shí)/公斤以上,力爭實(shí)現(xiàn)350瓦時(shí)/公斤,系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260瓦時(shí)/公斤、成本降至1元/瓦時(shí)以下。到2025年,新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上,動(dòng)力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350瓦時(shí)/公斤。
目前的磷酸鐵鋰材料受到理論比容量的限制達(dá)不到2020年的要求,三元的NCM111和NCM523等材料也很難達(dá)到2020 年單體電池300wh/kg的目標(biāo)。目前的主流的NCM523 可以達(dá)到160-200wh/kg,而NCM622 和NCM811分別可以達(dá)到230wh/kg和280wh/kg。所以未來需要大力發(fā)展高鎳的NCM622、NCM811和NCA材料。同時(shí),對于三元材料,振實(shí)密度在2-2.5 g/cm3,而磷酸鐵鋰材料振實(shí)密度在1-1.4g/cm3,所以三元材料擁有更高的體積能量密度,這對于電池的小型化有重要作用。
對于三元電池的型號,高鎳材料主要指三元材料中的鎳含量提高。因?yàn)樵谌狽CM 和NCA中,Ni 主要是提供容量作用,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)。
三元NCA 材料,國外起步較早,國內(nèi)的起步較晚。根據(jù)GGII 的統(tǒng)計(jì),截止2016年末,國內(nèi)從事NCA 生產(chǎn)的企業(yè)數(shù)量超過了15家,大多數(shù)處于建設(shè)發(fā)展初期,少量企業(yè)處于小批量生產(chǎn)送樣檢測的階段,與日韓存在明顯的差距。目前特斯拉電動(dòng)汽車采用的為日本松下的NCA 電池,帶動(dòng)了全球的NCA 生產(chǎn)的熱潮。國內(nèi)NCA 生產(chǎn)量為幾百噸左右,根據(jù)GGII 預(yù)計(jì),到2018年國內(nèi)NCA 材料需求將突破千噸。
國內(nèi)的正極材料企業(yè)正在積極布局高鎳三元材料,未來高鎳三元材料比重會(huì)逐步提升。目前國內(nèi)布局高鎳三元材料的企業(yè)有當(dāng)升科技、杉杉能源、天津巴莫、國軒高科、格林美等。根據(jù)高工鋰電的調(diào)研,高鎳三元材料的占比持續(xù)上升,2016年國內(nèi)高鎳的NCM622、NCM811和NCA在三元材料總產(chǎn)量的占比已經(jīng)超過5%,預(yù)計(jì)2017年將達(dá)到10%。
未來高能量密度的NCM622與NCM811和NCA占比將逐步提升。特別的,截止2016 年末,國內(nèi)從事NCM811/NCA企業(yè)相對較少,大多數(shù)處于生產(chǎn)線建設(shè)階段和小批量生產(chǎn)階段。其中處于研發(fā)階段的占據(jù)大多數(shù),為55%;處于產(chǎn)線建設(shè)階段的有25%;處于小批量生產(chǎn)階段的有20%。
高鎳三元材料技術(shù)難度較大,需要企業(yè)科研的不斷投入。由于NCM和NCA結(jié)合了LiCoO2、 LiNiO2以及LiMnO2/ LiAlO2的優(yōu)點(diǎn),通過三者之間的協(xié)同作用,表現(xiàn)出高能量密度、良好循環(huán)性和較好的成本優(yōu)勢的特點(diǎn)。隨著鎳含量的提高,整體能量密度得到提高,但是由于鈷、錳/鋁等含量降低,導(dǎo)致穩(wěn)定性下降。同時(shí)高鎳的三元材料制備工藝、設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)境等方面的要求都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通三元材料,特別是其前驅(qū)體在存儲使用過程中容易吸潮成果凍狀,不易調(diào)漿和極片涂布,并且高鎳的三元材料對窯爐設(shè)備的要求很高,很難調(diào)控。
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