电池材料做高能量密度不难 难的是保持综合性能

　　

　　11月16日下午，以“束缚与发展：重新定义整车与电池”为主题的电动汽车市场分论坛，由中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会高级顾问、国家科技成果转化基金新能源汽车创业投资子基金合伙人兼总裁方建华主持。

　　

　　北京当升材料科技股份有限公司副总经理陈彦彬介绍了当升科技高能量动力锂电正极材料NCM/NCA的最新进展。演讲实录如下：

　　

　　陈彦彬：讲一下我们正极材料的进展。虽然当升科技在这个行业里面很多年了，给大家供货，做一个简单的介绍。我们是1992年开始做氧化物，从2000年开始把钴酸锂出口到了韩国，2008年、2009年开始做三元材料和锰酸锂，出口到了日本和韩国，2010年上市，上市之后我们划红色的那一部分，是江苏当升一期、二期工程的建设，二期工程的建设我们的产能也达到了年产16000吨。

　　

　　我们目前的产品，我们当年上市之前是一个数码电池用的钴酸锂的供应商，但是到如今我们应该主要是以做三元材料为主，钴酸锂的出货量可能占不到公司的20%，三元材料占到了80%，主要包括523、622、811，还有NCA。

　　

　　目前，从2001年到现在这十六七年间，我们从钴酸锂到三元材料到锰酸锂都是第一家出口到国际市场，应该说也是向中日韩能够同时供货正极材料为数不多的厂家之一，包括当时的数码电池材料，到三元我们量产高镍的动力电池材料出口到国外，包括到现在我们已经给特斯拉供储能电池材料，我们实现了很多的第一，2016年我们的出货量，三元材料出货量中国肯定是排第一的，我们的出口量占国内总出口的40%以上，2017年1—9月份的数据也是这样排名第一的水平，当然我们是国内第一家以正极材料为主业的上市公司。

　　

　　第二部分讲一下正极材料的市场。2017年正极材料锂电池的出货量135GWh，车用56GWh，占41%的市场，但是到2020年，总的出货量会达到265GWh，车用就会占到156GWh，占到60%以上，主导市场从2020年以后。

　　

　　正极材料来看，2017年会达到28万吨，包括钴酸锂6.9万吨，三元+NCM和NCA是15万8千吨，已经占到了56%，已经占据主导地位，当然还有锰酸锂和磷酸铁锂，到2020年总的正极材料会达到46万吨，在那个时候NCA+三元会达到35万吨，占到75%的市场份额，这样可以看到，包括那天听了很多报告，可以看到应该说三元材料NCM和NCA应该会主导未来高能量密度动力电池，当然也包括储能电池的应用。

　　

　　这张图大家也比较清楚，原来我们都用磷酸铁锂，虽然现在可能做到150瓦时/公斤，三元材料也能做到180瓦时/公斤，622可以做到230—250瓦时/公斤，811可以做到288瓦时/公斤，当然我们也可以提高电压，从523就可以做到230瓦时/公斤以上，622高电压也可以达到接近280瓦时/公斤的水平。

　　

　　做高能量密度的三元材料，通过高镍化或者提高电压，把能量做上去很容易，但是它的循环寿命会比较差，包括常温的循环寿命和高温的循环寿命，当然他的高温存储特性也会有问题，能量做高很容易，但是这些性能要解决很难，当然他有很多的原因，除了我们通常说的充放电，表面电解液会反应，很多副反应，对三元材料来讲，很大一个问题就是因为颗粒的断裂、粉化，粉化以后产生新的界面、产生新的副反应。主要的解决手段，第一个肯定是，他要粉化怎么介绍他的粉化，让他变得弱化，让颗粒变得更结实。当然第二个，粉化挡不住，怎么缓解他。即使粉化，颗粒内部的内表面能不能提前处理，让它表面更稳定。

　　

　　当然还有传统稳定结构的一些掺杂、包覆等等一些办法。这是这个例子，原来最下边的从前躯体，它是比较疏松的，做三元材料也比较疏松，从前躯体到正极材料的结构强度，比如寿命大大的延长。当然现在还有新的方法，就是做单晶化，单晶化粉化的问题和颗粒碎裂的问题，那就会大大的降低。所以要解决三元材料的问题，前躯体非常重要，前躯体做好了正极材料基本上完成了一半，中间这个就是说我们当升科技做的，从高致密度球形的，虽然都是球形材料，看表面颗粒长的并不一样，有些适合做高容量的，有些适合做长寿命的，还有适合做高倍率的，当然还有一些适合做单晶的，他的前躯体都不一样。

　　

　　还有一些掺杂的技术，有湿法的掺杂技术，还有干法掺杂技术。还有表面包覆和处理，从颗粒的外表面、颗粒内部的界面，怎么样去处理，使他的循环寿命有一个大幅度的提升。

　　

　　具体到我们的这些材料，以拿523为例，前两个是专用的圆柱电池里边的，没有掺杂、没有包覆，他主要用的圆柱电池，他的寿命大概1200周的寿命，大概我们车用和储能开发的是后边那4种，黄色的材料，比如12微米的主要用EV、PHEV，5微米是做的高倍率的材料，5SC单晶，还有5ESS就是储能，给特斯拉配套的材料，那种材料通过前躯体、通过掺杂、通过包覆，他常温寿命在4000周以上，高温寿命做到2000周，当然用那个做圆柱电池，高温寿命至少做到1000周以上，国内客户都是可以做到的。

　　

　　这是具体的例子，比如12微米，从那个上可以看到我们表面包了很多纳米粉，包覆完的之后我们容量倍率，第一张表最后一列，容量倍率并不差，而且最后一个表60度7天的存储之够，我们的只有2.4，常规的材料大概膨胀10%左右，ACR只有0.6，常规材料可以达到20%以上，通过包覆存储性能有大幅度的提升。

　　

　　当然我们也做了软包的全电池，我们数据1000周还有93%的保持率，这是常温。高温是大概800周达到98%，我们实验室自己做的水平。

　　

　　这是客户做的水平，这是一个44安时的软包电池，210瓦时/公斤，45度的寿命可以达到2200周以上，在国内的很多车型上都已经得到应用。可能一些汽车，比如长安汽车、北汽，原来是我们做材料，SK做电池，供应北汽，后来被国内其他电池厂来接手这个业务，基本上他的车用的都是我们的材料。这是5微米的高倍率的材料，对应的是333的材料，也有包覆，我刚才讲车用都有从前躯体掺杂包覆，虽然特征上看表面包了一层东西，好像差异比较大的特征，实际上做车用材料一定是从前躯体到烧结、到掺杂包覆，每一个环节都围绕，我老打一个比方，就像我们做瓷器一样，说坯子没做好，你想靠上釉做好瓷器也不可能，没有烧好空隙率不一致、致密度，上釉也会有色彩或者局部也会有脱落，从前躯体到掺杂、到包覆，对于做一个材料非常重要。

　　

　　我们也做全电池，当然它和333相比，其容量要高出十几个毫安时，看右边的存储特性，它的60度7天，膨胀只有1.5%，NCR的增幅也是非常小的。这是客户测的，就是60度5C充/1C放，800周左右还有90%多的寿命，和333是一个水平，右边是100%的SOC存储，右下角的图，黑色的点、黄色的点是我们当升科技的材料，我们材料在寿命和存储上都是比较好的。

　　

　　刚才讲了应对颗粒粉化另一个办法就是做单晶，国内也有两三款这样的材料，就是标准的523也有，也有502、525的，因为单晶化之后大家可能会担心它的容量倍率会变差，所以多加点钴来提高其输出，所以才会有Ref C，就是第三个样品。

　　

　　我们做的单晶化的程度会更高一些，当然这个单晶化程度更高、颗粒更大，是不是容量倍率会更低？我们也做了一个对比。从2.9做一直做到3.5，可以发现我们这个材料其实容量并不低，169，不但容量不低，可以看到电压绿色的线是我们的材料，和标准的523甚至多加了5%的钴相比，他的容量以及电压输出都是有优势的，包括我们比较了，从0.2C一直到2C，我们这个材料他的电压输出特性都是比较好的。当然这是寿命，我们看右下角45度，3.0—4.4V，1C充放的寿命，我们材料的容量和寿命都是表现出优秀的。

　　

　　我们也做了全电池，全电池和其他家的材料相比，我们的寿命和525的，就是502525的材料来略好一些，和标准523相比，红色得闲我们优势就太太明显了。当然单晶的材料可以看到DCR的增幅非常小，只有1.4%，容量的保持率95.8%，容量的恢复率达到了100%，所以单晶材料在存储特性、在循环寿命方面也是有优势的。还有倍率，还有循环过程中DCR，这个单晶材料都是更有优势一些，当然还有低温。

　　

　　刚才你讲到5E12还有5E5，到底哪个好？也做一个对比，因为12微米是能量型的材料，5微米是功率型的材料，最后一个单晶主要是做能量型的，因为我们可以看到他的压实密度可以达到3.39，比12微米的密度更高一些。

　　

　　我们也对比了这个容量，可以看到，当然这个评价条件，5微米的单晶我的压实密度更高，我当然采用更高的压实密度。容量，单晶做得好的话，容量也可以达到同样的水平，这个是电压的一个对比，也是差不多的水平。包括寿命，刚才讲了，最后他的优势就是在存储，我们做了4.2V下的60度的存储，和4.3V下的60度的存储，和前面的材料相比，他还是有明显的优势。但是单晶材料确实有一个特点，就是他受电池工艺的影响比较大，我们了解到一些客户，他说单晶材料，因为输出差就不如团聚体的表现，也有人说单晶材料就是比团聚体的容量高，就看材料怎么用。所以我们从测试角度来讲，至少可以达到同样的水平，而且在存储特性上，包括安全性上会更有优势一些。

　　

　　第二步讲一下我们的622，我们6A是三年前量产，是国内第一款622材料，当然在全球也是第二家量产的一款材料，3年前的产品到今天我们进行了升级，开发了6E，就是更高的容量，同时我们又开发了高电压叫6EH，当然也有6微米的单晶6HC，6E和6A相比，总体上看起来差异不大，但是我们从前躯体烧结甚至包覆的元素还是做了一些调整，可以看到6A和6E相比，容量提升了5毫安时，包括在各个倍率下也是进行了测试，他都是容量更高，包括我们测试稳定性，他也会表现的更好。这是全电池做的测试，比原来的6A高出5个毫安时，这是我们自己主动升级，目前这个材料在国内有些客户批量用户，包括方总原来领军的那个企业，我们前两天刚刚招标，会批量使用。

　　

　　他的寿命也保持同样的水准。这个寿命达到什么水平？这是当年SK测的数据，也讲过，他用我们的材料可以做到4千次以上的寿命，但是用原来韩国的材料就是2千次的寿命，并且我们在高低温的性能上更有优势，这是我们做的一个容量提升的6E，这些基础上我们又做了一个高电压，用了4.35V、4.4V的622，我们可以看，同样拿6A做基准，我们在45度、4.5V、1C充放的时候，高温循环寿命大幅度提升。

　　

　　讲一下6SC单晶化的产品，我们也和国内的一款产品进行对比，可以看到我们单晶化程度更好一些。大家可以看到，容量和倍率，红色的线和蓝色的线，高出几个毫安时，那个高出了6个毫安时，因为有不同细分的型号，面对不同的客户。这是充放电曲线、电压，都可以看到有明显的优势，包括循环寿命、稳定性，都还不错。

　　

　　大家现在比较关注的高镍材料，811，811我们目前已经实现了量产，并且实现了批量的供货，这是一款12微米的产品，对比原来是国外的一款NCA，可以看到这个产品是球形度、致密度都比较好的，而且是经过了表面处理的产品，他的容量在205毫安时以上。可以看到我们这个材料都有一个特点，他的充电电压都是非常低的，放电电压会更高一些，所以我们在设计材料的时候一定要考虑他的输出特性，他的DCIR的问题。当然他的寿命，左边是常温，右边是高温，45度的高温寿命表现的非常好。

　　

　　这是我们实验室做的电池，1000周93%，IC充分，常温寿命。这个材料从我们客户的评价来看，2000周以上的寿命肯定没有问题，所以科技部十三五的重点研发计划当时定了1500周，针对低碳负极，我说正极材料肯定不会掉链子，我们的目标肯定照着2500周到3000周去做的，现在数据来看应该是没有什么问题。

　　

　　我们也在做NCA，镍811的这种NCA，钴15%、镍80%左右，大概3%的铝，我们对标的是日本的一款NCA的产品，可以看到，我们在容量上大概能高出3个毫安时，看充放电曲线，我们的充电电压是比较低的，放电电压，尤其放电的末尾非常的饱满，放的非常充分，画一个大弧线下来，看后面的倍率特性也是比较好，这是寿命，这是25度下的电池测试的寿命，优势还是比较明显，这是高温45度，也是比较明显的。

　　

　　所以我一直很纳闷，我们拿的都是日本的材料，是不是说日本的好材料都送不到中国，我们从中国电池厂拿出来的材料确实对比，我们一测发现我们包括NCA还是有明显的优势，如果200毫安时左右镍811的这款NCA，我们还做一款镍88的，容量更高，镍含量是87.7，放电容量达到213，这是拿日本的另外一款材料，可以看出我们的容量包括倍率特性总体还是表现更有优势，这个是45度的循环也是表现的更有优势一些。

　　

　　这里报告一下我们在做高能量密度材料方面的一些进展，动力电池材料确实不像数码电池材料，对寿命要求更长，我们的目标，如果方形、软包配套的都是照着4000次以上的常温寿命、2000次以上的高温寿命这样一个目标来设计的，当然其存储特性、安全特性都做到行业比较好的水平，所以我们还是有信心，尽可能不会输于日本和韩国的材料，我们还是有信心做到的。不信大家可以测试一下。谢谢！