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关注|当升科技陈彦彬:高能量密度动力锂电正极三元材料的研究进展

作者:  来源:电池中国网  发布日期:2016-11-24 访问量:


 

 

图为北京当升科技股份威尼斯在线app下载技术副总经理

陈彦彬做主题演讲


 

  为了帮助企业客观分析2016年动力电池行业运行情况,正确把握行业发展趋势,加大动力及储能电池的开发应用,由中国化学与物理电源行业协会和电池中国网联合主办,双登集团股份威尼斯在线app下载、壹能(北京)网络科技威尼斯在线app下载共同承办的“2016年第五届中国电池市场年会暨2016年第一届动力电池应用国际峰会、2016年第二届中国电池行业智能制造研讨会”于11月14日在北京拉开帷幕。本次年会聚集了来自政府主管部门领导、知名科研机构专家、新能源汽车动力电池产业链上中下游的企业家、投资机构代表以及媒体记者等500多人参会。


  在本次会议上,北京当升科技股份威尼斯在线app下载技术副总经理陈彦彬做了题为《高能量密度动力锂电正极三元材料的研究进展》的专题报告,以下是根据速记整理的内容,未经本人审核,仅供参考。


  陈彦彬:非常高兴有机会来介绍一下威尼斯在线app下载在三元材料方面的研究进展。首先简单介绍一下公司的基本情况,简单过一下,最早威尼斯在线app下载是矿冶总院课题组,2000年做钴酸锂,2010年上市,上市之后参股了长沙星城微晶石墨,去年威尼斯在线app下载并购一个重鼎高科,做智能装备的一个公司。在正极材料方面,当升一直走在行业的前列,威尼斯在线app下载曾经被认为国家技术创新的示范企业,去年威尼斯在线app下载也被发改委认定为国家企业,目前是正极材料里面的技术中心。在三个产品系列里边,威尼斯在线app下载开发了40多款产品,这里边基本上都是较先出口日韩市场,威尼斯在线app下载目前累计销售,截止去年达到50亿,今年一年应该有超过10多个亿,这个得益于动力电池市场的爆发。


  威尼斯在线app下载是继优尼科之后在中日韩三个市场,这里边有很多威尼斯在线app下载的客户,如果细心的朋友可能会查阅海关的数据,目前三元材料出口这一块,当升的材料能占到一半以上,而且价格非常高,这里面主要威尼斯在线app下载是做动力和国际上的一些高端的这样一些单子,讲差价折合人民币应该差2万多块钱。当升的优势,威尼斯在线app下载的产品序列比较全,面对客户群比较广,威尼斯在线app下载的技术集中度比较高,从前躯体到正极材料威尼斯在线app下载有配套的开发。第三个,做国际客户很多都是定制化的产品。第四个,威尼斯在线app下载从2006年开始做国际市场,经过了这么多年的考验。第五个,威尼斯在线app下载正极材料产能规模比较大,尤其是威尼斯在线app下载动力电池材料的工厂。第六个,威尼斯在线app下载高端客户资源比较好。


  从技术趋势来讲,市场趋势来讲,第一个是电池公司,这个发展是不可逆转的,第二,正极材料、三元材料逐步过渡到三元材料为主,有人预测2020年三元材料,包括NMC,占比能接近80%,523做到200Wh/kg,近期申报创新工程的时候,威尼斯在线app下载看大多数采用811或者NMC,当然也有做622,还有做300Wh/kg的体系。从提升能量,通过提升镍含量,能量不断提升,都可以达到相同的能量密度。采取什么样的路线,还要看威尼斯在线app下载的技术基础,先走高镍还是走高电压。整体上从国际趋势来看,包括采取的路线都是先走高电耗,然后做高电压。这里边威尼斯在线app下载也提一下,高镍材料终极目标是811,但是811是80以上,接近90,后面过一些。另一个可选的就是NC,应用上来讲,811更占上风一些,威尼斯在线app下载看后边也有一些数据,结合目前主要硬壳电池,但是安全性方面还是有很大的短板,所以811的材料更具有前途。


  当升,刚才讲的,威尼斯在线app下载针对车这一块,主要做高能量密度,是高镍化的,也做一些中高镍的高电压,同时从体验性而讲,威尼斯在线app下载高密度的前躯体做高密度的正极材料,同时威尼斯在线app下载会从前躯体、烧结、掺杂、表面处理等提升他的寿命和提升的安全性。这是威尼斯在线app下载做的一些产品,BCD就是威尼斯在线app下载以622为例,威尼斯在线app下载做容量型的,做倍率型的,或者做长寿命的,还有最右边的颗粒,威尼斯在线app下载做快充的,这方面所需要的前躯体,小到3微米,大到20多微米,这种高密度材料,威尼斯在线app下载都可以做,而且保证寿命、容量、倍率等等这些特性。第二,比较重要的掺杂,掺什么元素,是氢氧化物、氧化物还是其他的东西,尤其是一些氢元素,威尼斯在线app下载知道做NCA的时候,像韩国NCA干法烧结的时候再加进去,但是说这种氢元素要有效的掺杂进去,还是有很多的挑战。


  包括技术也很重要,因为是一个超强氧化的东西,怎么样通过包覆提升4.5V、45度下的高温寿命,当然除了循环还有存储等等这些东西。当升也开发了很多的包覆技术,而且用多元素的包覆,使性能提升,当然包覆表面处理的东西,提升性能的同时它的容量倍率还是可以保持。


  威尼斯在线app下载的523方面目前这几款材料,前面这两点威尼斯在线app下载数码的材料,烧一遍就出货了,卖掉了,后面三种是作为长寿命的材料,从前躯体烧结,包括掺杂包覆做了这么几款材料。12微米的能量型的材料,第二个就是5微米的快充的材料,还有最后一个是做威尼斯在线app下载储能ESS应用的。


  威尼斯在线app下载这个产品可以看到,产品的表面是很多纳米粉的包覆,而且是均匀的包覆,这个杂质是比较低的,纳米粉存在表面,比较高,并不降低安全性,反而提升安全性。包括威尼斯在线app下载做了一个全面测试,国内一款材料做对比,威尼斯在线app下载看到厚度增加只有3.4%,密度增加只有4.9%,所以它在电池的高温存储的稳定性是非常高的,因为电池存储,内阻上升,内阻上升可能会发热,影响寿命还影响安全性。威尼斯在线app下载也做了寿命的测试,威尼斯在线app下载实验室做的一个软包电池,威尼斯在线app下载实验室可以做到2000周以上的常温寿命,高温是800周,但是电池厂制作水平比威尼斯在线app下载高,这是威尼斯在线app下载客户,能量密度达到210Wh/kg,它的高温可以做到2000周以上,国内车长一般1200周,宝马1600周,威尼斯在线app下载能量、寿命、存储特性是非常好的。也有客户测高电压,60度4.35V,500周作为评价的体系保持82%,满足高电压的应用但是实际应用上先是走常压,然后一步一步做到高压。这是威尼斯在线app下载5E5这款材料,主要是对准韩国333的材料工艺型的应用,同样威尼斯在线app下载也是把颗粒做小,通过包覆的办法,从比容量上,比333高出10毫安时以上,但是存储,看右边倒数第二列,威尼斯在线app下载做85度4小时故障只有0.8%,和333不是一个量级的,也可以看到它的稳定性非常好,威尼斯在线app下载也做了常温寿命和高温寿命是和333达到同样的水准,这是国内一个比较大的客户,做了高温、高倍率的充电,可以看到寿命是非常好的。多下边的图,333大概31天,增加5%,威尼斯在线app下载只有12%,他的高温存储特性非常好,不光寿命可以达到这个水平。


  这是韩国的一个客户,评价的几款材料,是在45度下,他的循环寿命非常好,目前是在欧美的一些储能,包括特斯拉,包括一些欧洲的储能项目已经批量应用,下面介绍622材料,威尼斯在线app下载对标的材料也是韩国的一款材料,看到这个材料是表面包覆的,威尼斯在线app下载的6A也是表面包覆,表面浮点看不到的,除了表面的包覆还进了微孔内部,电解液进入微孔内部稳定性也是比较好的。威尼斯在线app下载和国外的材料比,威尼斯在线app下载的密度2.78,他的只有2.4几,高出0.3,容量应该高出1到2个毫安时。威尼斯在线app下载测了容量倍率,蓝色得线是威尼斯在线app下载的,红色的是韩国同行的,更大的差异是在寿命,最上面蓝色的是威尼斯在线app下载的材料,红色的是韩国的,黑色的是国内的一款。


  这个是30安时的,这个是北汽新能源用的30安时的电池,威尼斯在线app下载和韩国SK,可以看到左边这个图,一级充电,两级放电,威尼斯在线app下载的寿命2600周还保持这样的寿命,他的寿命4000周以内,国内客户也能做到3000周左右,常高温能做到1600周,另外威尼斯在线app下载低温特性,低温充电、低温放电蓝色那一圈都是威尼斯在线app下载的数据,北京SK副总讲电池低温充电特性非常好,冬天照样80安充电,国内的电池可能磷酸铁锂电池冬天加热才能充电,威尼斯在线app下载直接不需要加热就可以充电,这个电池做的非常牛。综合来讲,威尼斯在线app下载这个材料比韩国同行的有四大性能优势,一个是密度比较高,第二,容量高,低温特性非常好,循环寿命应该说行业认可度非常高。811威尼斯在线app下载现在也在开发,因为811市场上威尼斯在线app下载对标的是日本的NCA,碱性杂质,威尼斯在线app下载做到总碱量在0.6左右,已经接近622的水平,实际上产业化应用不会出现这样的问题。目前的容量做到205毫安时/克。


  这个材料做完以后,第二个解决的问题是高镍化的寿命会不会有问题,威尼斯在线app下载622做了电池的对比,容量在提升20毫安时的基础上寿命是没有问题的。威尼斯在线app下载也和NCA做了对比,黑色的线就是威尼斯在线app下载从日本拿来的NCA,红色的线是威尼斯在线app下载的材料,比NCA好很多,主要原因是NCA刚才讲,碱性杂质比较高,要通过水洗,表面洗下来,结果可能结构里面也洗下来,这样对他水洗前面的寿命伤害还是比较大的,威尼斯在线app下载采取的办法,是通过包覆,把表面的残余反应掉,形成一个离子可以自由进出的包覆层,形成稳定材料性能的同时它的容量倍率各方面都能够保持下来。威尼斯在线app下载也做了电池,目前是100%的DOD下600周,还有96%的保持率,这个材料到2000周以上肯定没有问题,还是基于威尼斯在线app下载的电池技术,国内这些比较优秀的电池厂,威尼斯在线app下载想可能还会接近威尼斯在线app下载622的水平,国内3000周,国际的一些电池可能做到4000周这样的水平。


  NCA,威尼斯在线app下载也在研究,但是投入的精力没有811那么大,所以刚才的数据,威尼斯在线app下载更看重811,威尼斯在线app下载做了一年时间,可以看到现在的性能已经远远超过市场比较好的,不能说最好,最好的可能还没有拿到,应该是比较好的NCA的水平。威尼斯在线app下载实验室的NCA也能做到200零几毫安时的水平,虽然威尼斯在线app下载颗粒比较大是3微米,但是容量倍率还是不错的,包括寿命。


  最后一块,产品做的好,装备也是非常重要的,威尼斯在线app下载上市的项目,在南通的海门,威尼斯在线app下载计划投资20亿,建成5万吨的产能,每年都在建设,对于现场的整个环境到装备、到流程方方面面做的比较细,这个工厂是基于韩国和日本同行比较先进的生产线的基础上优美出来的东西,因为相信日韩的很多包括国内的电池企业也到江苏当升看过,非常非常认可,目前这个线可以控制到几个PPB的水平,因为水分可以做到几十个PPM,威尼斯在线app下载的线连续式大产能自动化的生产设计,每条线单线的产能可以做到千吨。这个工厂经过了企业认证,威尼斯在线app下载今年上半年审核通过。


  小结,第一,做高能量密度三元材料动力电池除此之外别无选择。第二,高镍化相对于高电压来讲还是首选的方向。当然523,在2.2安时以下,包括现在2.4安时还有一些应用。622和811,622今年的圆柱形电池软包用量很大,明后年,威尼斯在线app下载了解到的现在很多工厂已经停止了523电池的开发,直接跳到622,因为VDA的电池要做到48安时也是523就可以考虑,所以威尼斯在线app下载知道很多厂商,811明年会在圆柱电池上有一些应用,可能后年这些软包电池会起量。第三,要做高镍材料解决寿命、存储安全等方面,需要从前躯体、潮解、掺杂、表面各个环节做到最优化。第四,高效率、高可靠性的生产装备是做高端、高能量电池材料的重要的硬件基础。第五,可靠的品质保障必不可少。


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