高能量密度動力鋰電正極三元材料的研究進展
圖為當升科技陳彥彬副總經理做會議演講
為了幫助企業客觀分析2016年動力電池行業運行情況，正確把握行業發展趨勢，加大動力及儲能電池的開發應用，由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網聯合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網絡科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場年會暨2016年第一屆動力電池應用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領導、知名科研機構專家、新能源汽車動力電池產業鏈上中下游的企業家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，北京當升科技股份有限公司技術副總經理陳彥彬做了題為《高能量密度動力鋰電正極三元材料的研究進展》的專題報告，以下是根據速記整理的內容，未經本人審核，僅供參考。
下面有請當升科技陳彥彬總經理，他介紹當升科技在高能量密度三元材料的研發進展。
陳彥彬：非常高興有機會來介紹一下我們在三元材料方面的研究進展。首先簡單介紹一下公司的基本情況，簡單過一下，最早我們是礦冶總院課題組，2000年做鈷酸鋰，2010年上市，上市之后參股了長沙星城微晶石墨，去年我們并購一個重鼎高科，做智能裝備的一個公司。在正極材料方面，當升一直走在行業的前列，我們曾經被認為國家技術創新的示范企業，去年我們也被發改委認定為國家企業，目前是正極材料里面唯一的技術中心。在三個產品系列里邊，我們開發了40多款產品，這里邊基本上都是率先出口日韓市場，我們目前累計銷售，截止去年達到50億，今年一年應該有超過10多個億，這個得益于動力電池市場的爆發。
我們是繼優尼科之后在中日韓三個市場，這里邊有很多我們的客戶，如果細心的朋友可能會查閱海關的數據，目前三元材料出口這一塊，當升的材料能占到一半以上，而且價格非常高，這里面主要我們是做動力和國際上的一些高端的這樣一些單子，講差價折合人民幣應該差2萬多塊錢。當升的優勢，我們的產品序列比較全，面對客戶群比較廣，我們的技術集中度比較高，從前軀體到正極材料我們有配套的開發。第三個，做國際客戶很多都是定制化的產品。第四個，我們從2006年開始做國際市場，經過了這么多年的考驗。第五個，我們正極材料產能規模比較大，尤其是我們動力電池材料的工廠。第六個，我們高端客戶資源比較好。
從技術趨勢來講，市場趨勢來講，第一個是電力公司，這個發展是不可逆轉的，第二，正極材料、三元材料逐步過渡到三元材料為主，有人預測2020年三元材料，包括NMC，占比能接近80%，523做到200Wh/kg，近期申報創新工程的時候，我看大多數采用811或者NMC，當然也有做622，還有做300Wh/kg的體系。從提升能量，通過提升鎳含量，能量不斷提升，都可以達到相同的能量密度。采取什么樣的路線，還要看我們的技術基礎，先走高鎳還是走高電壓。整體上從國際趨勢來看，包括采取的路線都是先走高電耗，然后做高電壓。這里邊我也提一下，高鎳材料終極目標是811，但是811是80以上，接近90，后面過一些。另一個可選的就是NC，應用上來講，811更占上風一些，我看后邊也有一些數據，結合目前主要硬殼電池，但是安全性方面還是有很大的短板，所以811的材料更具有前途。
當升，剛才講的，我們針對車這一塊，主要做高能量密度，是高鎳化的，也做一些中高鎳的高電壓，同時從體驗性而典，我們高密度的前軀體做高密度的正極材料，同時我們會從前軀體、燒結、摻雜、表面處理等提升他的壽命和提升的安全性。這是我們做的一些產品，BCD就是我們以622為例，我們做容量型的，做倍率型的，或者做長壽命的，還有最右邊的顆粒，我們做快充的，這方面所需要的前軀體，小到3微米，大到20多微米，這種高密度材料，我們都可以做，而且保證壽命、容量、倍率等等這些特性。第二，比較重要的摻雜，摻什么元素，是氫氧化物、氧化物還是其他的東西，尤其是一些氫元素，我們知道做NCA的時候，像韓國NCA干法燒結的時候再加進去，但是說這種氫元素要有效的摻雜進去，還是有很多的挑戰。
包括技術也很重要，因為是一個超強氧化的東西，怎么樣通過包覆提升4.5V、45度下的高溫壽命，當然除了循環還有存儲等等這些東西。當升也開發了很多的包覆技術，而且用多元素的包覆，使性能提升，當然包覆表面處理的東西，提升性能的同時他的容量倍率還是可以保持。
我們的523方面目前這幾款材料，前面這兩點我們數碼的材料，燒一遍就出貨了，賣掉了，后面三種是作為長壽命的材料，從前軀體燒結，包括摻雜包覆做了這么幾款材料。12微米的能量型的材料，第二個就是5微米的快充的材料，還有最后一個是做我們儲能ESS應用的。
我們這個產品可以看到，產品的表面是很多納米粉的包覆，而且是均勻的包覆，這個雜質是比較低的，納米粉存在表面，比較高，并不降低安全性，反而提升安全性。包括我們做了一個全面池，國內一款材料做對比，我們看到厚度增加只有3.4%，密度增加只有4.9%，所以他在電池的高溫存儲的穩定性是非常高的，因為電池存儲，內阻上升，內阻上升可能會發熱，影響壽命還影響安全性。我們也做了壽命的測試，我們實驗室做的一個軟報電池，我們實驗室可以做到2000周以上的常溫壽命，高溫是800周，但是電池廠制作水平比我們高，這是我們客戶，能量密度達到210Wh/kg，他的高溫可以做到2000周以上，國內車長一般1200周，寶馬1600周，我們能量、壽命、存儲特性是非常好的。也有客戶測高電壓，60度4.35V，500周作為評價的體系保持82%，滿足他高電壓的應用但是實際應用上先是走常壓，然后一步一步做到高壓。這是我們5E5這款材料，主要是對準韓國333的材料工藝型的應用，同樣我們也是把顆粒做小，通過包覆的辦法，從克比容量上，比333高出10毫安時以上，但是存儲，看右邊倒數第二列，我們做85度4小時故障只有0.8%，和333不是一個量級的，也可以看到它的穩定性非常好，我們也做了常溫壽命和高溫壽命是和333達到同樣的水準，這是國內一個比較大的客戶，做了高溫、高倍率的充電，可以看到壽命是非常好的。多下邊的圖，333大概31天，增加5%，我們只有12%，他的高溫存儲特性非常好，不光壽命可以達到這個水平。
這是韓國的一個客戶，評價的幾款材料，是在45度下，他的循環壽命非常好，目前是在歐美的一些儲能，包括特斯拉，包括一些歐洲的儲能項目已經批量應用，下面介紹622材料，我們對標的材料也是韓國的一款材料，看到這個材料是表面包覆的，我們的6A也是表面包覆，表面浮點看不到的，除了表面的包覆還進了微孔內部，電解液進入微孔內部穩定性也是比較好的。我們和國外的材料比，我們的密度2.78，他的只有2.4點幾，高出0.3，容量應該高出1—2個毫安時。我們測了容量倍率，藍色得閑是我們的，紅色的是韓國同行的，更大的差異是在壽命，最上面藍色的是我們的材料，紅色的是韓國的，黑色的是國內的一款。
這個是30安時的，這個是北汽新能源用的30安時的電池，我們和韓國SK，可以看到左邊這個圖，一級充電，兩級放電，我們的壽命2600周還保持這樣的壽命，他的壽命4000周以內，國內客戶也能做到3000周左右，常高溫能做到1600周，另外我們低溫特性，特問充電、低溫放電藍色那一圈都是我們的數據，北京SK副總講電池低溫充電特性非常好，冬天照樣80安充電，國內的電池可能磷酸鐵鋰電池冬天加熱才能充電，我們直接不需要加熱就可以充電，這個電池做的非常牛。綜合來講，我們這個材料比韓國同行的有四大性能優勢，一個是密度比較高，第二，容量高，低溫特性非常好，循環壽命應該說行業認可度非常高。811我們現在也在開發，因為811市場上我們對標的是日本的NCA，堿性雜質，我們做到總堿量在0.6左右，已經接近622的水平，實際上產業化應用不會出現這樣的問題。目前的容量做到205毫安時/克。
這個材料做完以后，第二個解決的問題是高鎳化的壽命會不會有問題，我們622做了電池的對比，容量在提升20毫安時的基礎上壽命是沒有問題的。我們也和NCA做了對比，黑色的線就是我們從日本拿來的NCA，紅色的線是我們的材料，比NCA好很多，主要原因是NCA剛才講，堿性雜質比較高，要通過水洗，表面洗下來，結果可能結構里面也洗下來，這樣對他水洗前面的壽命傷害還是比較大的，我們采取的辦法，是通過包覆，把表面的殘余反應掉，形成一個離子可以自由進出的包覆層，形成穩定材料性能的同時它的容量倍率各方面都能夠保持下來。我們也做了電池，目前是100%的DOD下600周，還有96%的保持率，這個材料到2000周以上肯定沒有問題，還是基于我們的電池技術，國內這些比較優秀的電池廠，我想可能還會接近我們622的水平，國內3000周，國際的一些電池可能做到4000周這樣的水平。
NCA，我們也在研究，但是投入的精力沒有811那么大，所以剛才的數據，我們更看重811，我們做了一年時間，可以看到現在的性能已經遠遠超過市場比較好的，不能說最好，最好的可能還沒有拿到，應該是比較好的NCA的水平。我們實驗室的NCA也能做到200零幾毫安時的水平，雖然我們顆粒比較大13微米，但是容量倍率還是不錯的，包括壽命。
最后一塊，產品做的好，裝備也是非常重要的，我們上市的項目，在南通的海門，我們計劃投資20億，建成5萬噸的產能，每年都在建設，對于現場的整個環境到裝備、到流程方方面面做的比較細，這個工廠是基于韓國和日本同行比較先進的生產線的基礎上優美出來的東西，因為相信日韓的很多包括國內的電池企業也到江蘇當升看過，非常非常認可，目前這個線可以控制到幾個PPB的水平，因為水分可以做到幾十個PPM，我們的線連續式大產能自動化的生產設計，每條線單線的產能可以做到千噸。這個工廠經過了企業認證，我們今年上半年審核通過。
小結，第一，做高能量密度三元材料動力電池除了之外別無選擇。第二，高鎳化相對于高電壓來講還是首選的方向。當然523，在2.2安時以下，包括現在2.4安時還有一些應用。622和811，622今年的圓柱形電池軟包用量很大，明后年，我們了解到的現在很多工廠已經停止了523電池的開發，直接跳到622，因為VDA的電池要做到48安時也是523就可以考慮，所以我們知道很多廠商，811明年會在圓柱電池上有一些應用，可能后年這些軟包電池會起量。第三，要做高鎳材料解決壽命、存儲安全等方面，需要從前軀體、潮解、摻雜、表面各個環節做到最優化。第四，高效率、高可靠性的生產裝備是做高端、高能量電池材料的重要的硬件基礎。第五，可靠的品質保障必不可少。
我的匯報完了，謝謝大家！
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