中國NCA三元電池進入高能量密度3.0時代

　　近日，我國在高鎳正極材料及動力電池單體開發(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三元高比能量動力鋰電池，能量密度超過300wh/kg，引發(fā)業(yè)界關注。根據國家工信部《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，要求2020年動力電池單體能量密度達到300Wh/kg，成為業(yè)界努力攻關的目標之一。天津力神高比能量電池研發(fā)的成功，令整個業(yè)界為之一振，也將中國NCA三元電池帶入高能量密度3.0時代。

　　據電池中國網了解，天津力神在氧化鎳鈷鋁鋰(NCA)正極材料前期研究基礎上，開發(fā)高比能量、長循環(huán)壽命、良好安全性能的鋰離子動力電池用高鎳系正極材料;通過納米制備、納米分散、包覆及預嵌鋰等多種技術，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極材料。

　　據悉，天津力神基于該體系開發(fā)了電芯單體的比能量達到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)，容量保持率達到80%;同時通過優(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96%。這一工作為開發(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。

　　近幾年，高能量密度的要求促使國內電池企業(yè)不斷向高鎳三元材料布局。據電池中國網了解，磷酸鐵鋰材料受到本身性能的限制，以目前的技術難以在2020年達到國家相關規(guī)劃中對能量密度的要求，三元的NCM 111和NCM 523等材料也很難預期達到單體能量密度300wh/kg的目標。目前主流的NCM 523可以達到160-200wh/kg，而NCM 622 和NCM 811分別可以達到230wh/kg和280wh/kg。所以要實現(xiàn)對動力電池能量密度的高要求和續(xù)航里程的延長，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貢獻一部分容量的同時可以穩(wěn)定結構;Mn/Al主要用來穩(wěn)定結構，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。

　　在國家政策要求、新能源汽車續(xù)航里程提高和鈷價不斷高漲的多重刺激之下，高鎳體系的NCM 811和NCA材料已經成為國內動力電池企業(yè)積極布局的熱點，而從市場情況來看，大多數(shù)企業(yè)選擇了NCM 811路線，而非NCA路線。

　　據悉，當升科技NCM 811產品目前年產能為4000噸，三期工程計劃1.8萬噸/年高鎳多元材料產能，將于2018年至2020年間陸續(xù)建成投產;國軒高科表示已經開發(fā)出三元811材料軟包電芯，能量密度能夠達到302wh/kg;杉杉能源2017年底宣布月產100噸的寧鄉(xiāng)基地NCM 811產線順利投產;億緯鋰能表示，自從2012年起就已開始推廣非車用NCM 811;天津巴莫2017年年產5000噸高鎳材料產線投產，目前已經實現(xiàn)向國際大客戶批量提供NCM 811。據電池中國網了解，寧波金和、廈門鎢業(yè)、天力鋰能等高鎳811項目也在穩(wěn)步推進。

　　而三元NCA 材料，由于國內起步比較晚，技術水平較國外企業(yè)有很大的差距，NCA目前產能主要集中在日本和韓國。NCA主要的供應商有日本的住友金屬(Sumitomo)、日本化學產業(yè)株式會社和戶田化學(Toda)，韓國的Ecopro和GSEM也有少量產品銷售。其中，戶田化學主要供應日本AESC和韓國LGC，住友金屬主要供應松下和PEVE，韓國的Ecopro對應客戶為SDI。數(shù)據顯示，2017年中國電動汽車市場實現(xiàn)鋰離子電池裝機總量33.55GWh，其中磷酸鐵鋰電池裝機16.33GWh，NCM三元電池實現(xiàn)裝機15GWh，而NCA三元電池裝機量僅為286.5MWh。

　　國內NCA技術路線沒有發(fā)展起來，除了起步晚，還與三元NCA 材料的生產技術壁壘較高有很大關系。在NCA材料中以Al代替錳，實際是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性，離子摻雜可以增強材料的穩(wěn)定性，提高材料的循環(huán)性能。但是在制作過程中，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，在電池生產全過程均要控制濕度在10%以下，這些對國內企業(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的電池企業(yè)注入了一劑強心劑。而據電池中國網了解，國內企業(yè)如貝特瑞NCA技術已具備量產條件，目前在深圳有3000噸高鎳正極材料產能，已實現(xiàn)向松下等客戶銷售，后續(xù)將在江蘇常州新建1.5萬噸高鎳正極材料生產線。另外，上海德朗能、杉杉能源和容百鋰電也都對外宣稱，具備規(guī)?；aNCA材料的能力。

　　電池中國網認為，雖然NCA材料具有高技術壁壘，國內企業(yè)要實現(xiàn)與日韓企業(yè)的抗衡還面臨諸多挑戰(zhàn)，但是相信在中國這個全球最大的動力電池市場，隨著國內企業(yè)的不斷趕超和技術積累，未來幾年內必將迎來高鎳電池生產的爆發(fā)期，也必定會產生全球領先的本土NCA電池企業(yè)巨頭。