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三元材料成為主流-如何選材?

簡介:匯杰鋰能提供正極材料的選擇,在三元材料成為主流的市場,我們更加推薦使用三元材料而非磷酸鐵鋰材料,主要原因是三元材料成為主流,更多的供應商開始研發三元材料設備,其次三元材料的安全性能得到解決,生產也更加方便等。

閱讀:132次 作者:babsan 發布時間:2018-10-14 18:53:13

三元材料我們又稱之為三元正極材料,是我們選材中必須考慮的一種正極材料,尤其在鋰電池選材的時候,通常會遇到別人問,你是選擇碳酸鋰電池,還是三元電池,還是磷酸鐵電池,這時候我們就需要有專業的眼光進行看這個問題,誰是這個行業的主流,哪一種占據著絕對的優勢,這時候我們就需要看三元材料,三元材料作為大家首頁,不僅僅是因為國家補貼,更多的是能量密度高,市場的選擇。

三元材料電池

三元材料成為主流

經濟學家常常用供給與需求兩條曲線分析市場,兩者的交叉就是平衡點。動力電池企業也應用這個原理分析產品發展趨勢。

寧德時代新能源科技有限公司副總裁、首席科學家吳凱展示了動力電池能量密度與成本之間的關系。隨著規模擴大、技術進步,成本曲線向下傾斜;克服“里程焦慮癥”的辦法只有提升能量密度,這也是我國政府和行業鼓勵的方向。向上的能量密度曲線與成本曲線形成交叉點,三元材料企業圍繞于此做文章,也是目前做得最好的。

吳凱說:“企業對電池的設計都是從成本與能量密度的平衡著眼。在平衡點之下,三元材料占有優勢;在平衡點之上,硅基負極體系和固態電池占有優勢。在固態電池還不能商業化的背景下,三元材料體系成為主攻目標。”

近期,在多個產業發展論壇上,企業和科研機構的專家均談到,磷酸鐵鋰電池受到自身材料性能的限制,以目前的技術水平難以在2020年達到國家規定的能量密度要求,而三元材料中的NCM111和NCM523等類型電池也是如此。

據專家介紹,目前主流的NCM523三元材料,能量密度可以達到160~200Wh/kg,與300Wh/kg有較大距離。科研人員提高三元體系中鎳的含量,電池的能量密度顯著提高,NCM622和NCM811分別達到230Wh/kg和280Wh/kg。為了達到300Wh/kg的目標,高鎳三元材料成為必然的選擇。

數據顯示,2018年一季度,國內三元材料產量31670噸,同比增長64.26%。其中,常規NCM型號占比78%,NCM622型號占比14%,NCM811/NCA占比8%,NCM811產量大幅增長。

目前,高鎳三元材料有兩種路線,分別是NCM(鎳鈷錳)和NCA(鎳鈷鋁)。在高鎳三元材料中,鎳的主要作用是提供容量,其含量越高,電池的能量密度越大;鈷元素在貢獻一部分容量的同時起到穩定結構的作用;錳/鋁主要用來穩定三元體系結構。

三元材料成為主流

如何選擇正極材料?

1. 從材料特性分析

1)鎳鈷錳酸鋰三元材料的能量密度比較高,導致生產出來的電池體積較小,重量較輕;

2)鎳鈷錳酸鋰三元材料的電子電導低,必須加入碳黑或進行改性才能夠提高電導率,但這樣又會導致體積變大,增加電解液;

3)鎳鈷錳酸鋰三元材料在低溫情況下電子電導更低,其低溫性能是其應用于動力電池的另一障礙。

目前,美國Valence科技、A123公司和加拿大Phostech公司等國際級大公司能夠提供磷酸鐵鋰的樣品和電池,但這些樣品與目前成熟的錳酸鋰相比,電壓、密度、大電流和低溫性能都相差較多。有一數據可表明,以磷酸鐵鋰為正極的18650電池的容量僅能達到1300mAh/g ;但是相比三元正極材料,磷酸鐵鋰電池的效果就會差很多。

2. 從技術成熟度分析

由于安全性過關,磷酸鹽是鋰電池正極材料的發展趨勢。但由于磷酸鐵鋰與鋰離子電池的應用時間遠遠短于鈷酸鋰和錳酸鋰,還停留在產品應用的初級階段,需要經歷一個由小到大的發展過程,所以目前不可能成為動力型鋰離子電池的主流正極材料。在相比三元材料,三元材料基本在523三元材料已經很穩定,但是高鎳622三元材料已經完成基本安全性能測試;相比磷酸鐵鋰,材料相對會差一點;

3. 從電池成本分析

磷酸鐵鋰的制造需要碳酸鋰做主要材料,還需要氬氣與氮氣等保護氣,制造成本很大。目前國際市場最好的磷酸鐵鋰價格是30多萬元/噸,但產量很小,批量不穩定;國內的價格是在15-16萬元/噸,在未來的3-5年之內,磷酸鐵鋰的價格會居高不下,目前,錳酸鋰的價格是8-10萬元/噸。但是相對來說三元材料,價格通常在20多萬,相比正極材料成本,磷酸鐵鋰的優勢也相當明顯

4. 從實現批量生產的可行性分析

正極材料的成本只是電池成本的一部分,正極材料的價格下降不會給電池整體成本帶來本質的影響。在電池的生產制造中,正極材料僅占原材料中的15%-20%,還需要考慮電解液、制造工藝,良品率低等問題,其中,磷酸鐵鋰電池制造工藝問題還有待解決。目前,從試驗室中是能夠做出動力磷酸鐵鋰電池,但磷酸鐵鋰的材料穩定性差,材料工藝比較復雜,涂膜難,制備過程難,進入批量生產尚需時日。三元材料的的工藝已經非常成熟,而且大量的廠家開始投入三元材料的研發和三元材料設備的研發,可行性方面三元材料和磷酸鐵鋰正極材料在伯仲之間。

從四個維度來選取三元電池材料

綜上所述,磷酸鐵鋰無論在技術成熟度、性能、成本、制造工藝方面都存在缺陷,盡管不失為未來研發的一個選擇,但不適合現階段的市場應用。但是三元材料更適合市場,更適合量產,安全性能已經解決,能量密度越高,市場前景越大,所以我們覺得三元材料才是王者。

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