當升科技陳彥彬：電池材料做高能量密度不難 難的是保持綜合性能
北京當升材料科技股份有限公司副總經理陳彥彬作主題報告
11月16日，“2017’第二屆動力電池應用國際峰會暨第三屆中國電池行業智能制造研討會”在北京啟幕。本屆峰會由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯合主辦；中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會承辦，無錫先導智能裝備股份有限公司聯合承辦。參加此次峰會人數超600人。
11月16日下午，以“束縛與發展：重新定義整車與電池”為主題的電動汽車市場分論壇，由中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會高級顧問、國家科技成果轉化基金新能源汽車創業投資子基金合伙人兼總裁方建華主持。
北京當升材料科技股份有限公司副總經理陳彥彬介紹了當升科技高能量動力鋰電正極材料NCM/NCA的最新進展。演講實錄如下：
陳彥彬：講一下我們正極材料的進展。雖然當升科技在這個行業里面很多年了，給大家供貨，做一個簡單的介紹。我們是1992年開始做氧化物，從2000年開始把鈷酸鋰出口到了韓國，2008年、2009年開始做三元材料和錳酸鋰，出口到了日本和韓國，2010年上市，上市之后我們劃紅色的那一部分，是江蘇當升一期、二期工程的建設，二期工程的建設我們的產能也達到了年產16000噸。
我們目前的產品，我們當年上市之前是一個數碼電池用的鈷酸鋰的供應商，但是到如今我們應該主要是以做三元材料為主，鈷酸鋰的出貨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，還有NCA。
目前，從2001年到現在這十六七年間，我們從鈷酸鋰到三元材料到錳酸鋰都是第一家出口到國際市場，應該說也是向中日韓能夠同時供貨正極材料為數不多的廠家之一，包括當時的數碼電池材料，到三元我們量產高鎳的動力電池材料出口到國外，包括到現在我們已經給特斯拉供儲能電池材料，我們實現了很多的第一，2016年我們的出貨量，三元材料出貨量中國肯定是排第一的，我們的出口量占國內總出口的40%以上，2017年1—9月份的數據也是這樣排名第一的水平，當然我們是國內第一家以正極材料為主業的上市公司。
第二部分講一下正極材料的市場。2017年正極材料鋰電池的出貨量135GWh，車用56GWh，占41%的市場，但是到2020年，總的出貨量會達到265GWh，車用就會占到156GWh，占到60%以上，主導市場從2020年以后。
正極材料來看，2017年會達到28萬噸，包括鈷酸鋰6.9萬噸，三元+NCM和NCA是15萬8千噸，已經占到了56%，已經占據主導地位，當然還有錳酸鋰和磷酸鐵鋰，到2020年總的正極材料會達到46萬噸，在那個時候NCA+三元會達到35萬噸，占到75%的市場份額，這樣可以看到，包括那天聽了很多報告，可以看到應該說三元材料NCM和NCA應該會主導未來高能量密度動力電池，當然也包括儲能電池的應用。
這張圖大家也比較清楚，原來我們都用磷酸鐵鋰，雖然現在可能做到150瓦時/公斤，三元材料也能做到180瓦時/公斤，622可以做到230—250瓦時/公斤，811可以做到288瓦時/公斤，當然我們也可以提高電壓，從523就可以做到230瓦時/公斤以上，622高電壓也可以達到接近280瓦時/公斤的水平。
做高能量密度的三元材料，通過高鎳化或者提高電壓，把能量做上去很容易，但是它的循環壽命會比較差，包括常溫的循環壽命和高溫的循環壽命，當然他的高溫存儲特性也會有問題，能量做高很容易，但是這些性能要解決很難，當然他有很多的原因，除了我們通常說的充放電，表面電解液會反應，很多副反應，對三元材料來講，很大一個問題就是因為顆粒的斷裂、粉化，粉化以后產生新的界面、產生新的副反應。主要的解決手段，第一個肯定是，他要粉化怎么介紹他的粉化，讓他變得弱化，讓顆粒變得更結實。當然第二個，粉化擋不住，怎么緩解他。即使粉化，顆粒內部的內表面能不能提前處理，讓它表面更穩定。
當然還有傳統穩定結構的一些摻雜、包覆等等一些辦法。這是這個例子，原來最下邊的從前軀體，它是比較疏松的，做三元材料也比較疏松，從前軀體到正極材料的結構強度，比如壽命大大的延長。當然現在還有新的方法，就是做單晶化，單晶化粉化的問題和顆粒碎裂的問題，那就會大大的降低。所以要解決三元材料的問題，前軀體非常重要，前軀體做好了正極材料基本上完成了一半，中間這個就是說我們當升科技做的，從高致密度球形的，雖然都是球形材料，看表面顆粒長的并不一樣，有些適合做高容量的，有些適合做長壽命的，還有適合做高倍率的，當然還有一些適合做單晶的，他的前軀體都不一樣。
還有一些摻雜的技術，有濕法的摻雜技術，還有干法摻雜技術。還有表面包覆和處理，從顆粒的外表面、顆粒內部的界面，怎么樣去處理，使他的循環壽命有一個大幅度的提升。
具體到我們的這些材料，以拿523為例，前兩個是專用的圓柱電池里邊的，沒有摻雜、沒有包覆，他主要用的圓柱電池，他的壽命大概1200周的壽命，大概我們車用和儲能開發的是后邊那4種，黃色的材料，比如12微米的主要用EV、PHEV，5微米是做的高倍率的材料，5SC單晶，還有5ESS就是儲能，給特斯拉配套的材料，那種材料通過前軀體、通過摻雜、通過包覆，他常溫壽命在4000周以上，高溫壽命做到2000周，當然用那個做圓柱電池，高溫壽命至少做到1000周以上，國內客戶都是可以做到的。
這是具體的例子，比如12微米，從那個上可以看到我們表面包了很多納米粉，包覆完的之后我們容量倍率，第一張表最后一列，容量倍率并不差，而且最后一個表60度7天的存儲之夠，我們的只有2.4，常規的材料大概膨脹10%左右，ACR只有0.6，常規材料可以達到20%以上，通過包覆存儲性能有大幅度的提升。
當然我們也做了軟包的全電池，我們數據1000周還有93%的保持率，這是常溫。高溫是大概800周達到98%，我們實驗室自己做的水平。
這是客戶做的水平，這是一個44安時的軟包電池，210瓦時/公斤，45度的壽命可以達到2200周以上，在國內的很多車型上都已經得到應用。可能一些汽車，比如長安汽車、北汽，原來是我們做材料，SK做電池，供應北汽，后來被國內其他電池廠來接手這個業務，基本上他的車用的都是我們的材料。這是5微米的高倍率的材料，對應的是333的材料，也有包覆，我剛才講車用都有從前軀體摻雜包覆，雖然特征上看表面包了一層東西，好像差異比較大的特征，實際上做車用材料一定是從前軀體到燒結、到摻雜包覆，每一個環節都圍繞，我老打一個比方，就像我們做瓷器一樣，說坯子沒做好，你想靠上釉做好瓷器也不可能，沒有燒好空隙率不一致、致密度，上釉也會有色彩或者局部也會有脫落，從前軀體到摻雜、到包覆，對于做一個材料非常重要。
我們也做全電池，當然它和333相比，其容量要高出十幾個毫安時，看右邊的存儲特性，它的60度7天，膨脹只有1.5%，NCR的增幅也是非常小的。這是客戶測的，就是60度5C充/1C放，800周左右還有90%多的壽命，和333是一個水平，右邊是100%的SOC存儲，右下角的圖，黑色的點、黃色的點是我們當升科技的材料，我們材料在壽命和存儲上都是比較好的。
剛才講了應對顆粒粉化另一個辦法就是做單晶，國內也有兩三款這樣的材料，就是標準的523也有，也有502、525的，因為單晶化之后大家可能會擔心它的容量倍率會變差，所以多加點鈷來提高其輸出，所以才會有Ref C，就是第三個樣品。
我們做的單晶化的程度會更高一些，當然這個單晶化程度更高、顆粒更大，是不是容量倍率會更低？我們也做了一個對比。從2.9做一直做到3.5，可以發現我們這個材料其實容量并不低，169，不但容量不低，可以看到電壓綠色的線是我們的材料，和標準的523甚至多加了5%的鈷相比，他的容量以及電壓輸出都是有優勢的，包括我們比較了，從0.2C一直到2C，我們這個材料他的電壓輸出特性都是比較好的。當然這是壽命，我們看右下角45度，3.0—4.4V，1C充放的壽命，我們材料的容量和壽命都是表現出優秀的。
我們也做了全電池，全電池和其他家的材料相比，我們的壽命和525的，就是502525的材料來略好一些，和標準523相比，紅色得閑我們優勢就太太明顯了。當然單晶的材料可以看到DCR的增幅非常小，只有1.4%，容量的保持率95.8%，容量的恢復率達到了100%，所以單晶材料在存儲特性、在循環壽命方面也是有優勢的。還有倍率，還有循環過程中DCR，這個單晶材料都是更有優勢一些，當然還有低溫。
剛才你講到5E12還有5E5，到底哪個好？也做一個對比，因為12微米是能量型的材料，5微米是功率型的材料，最后一個單晶主要是做能量型的，因為我們可以看到他的壓實密度可以達到3.39，比12微米的密度更高一些。
我們也對比了這個容量，可以看到，當然這個評價條件，5微米的單晶我的壓實密度更高，我當然采用更高的壓實密度。容量，單晶做得好的話，容量也可以達到同樣的水平，這個是電壓的一個對比，也是差不多的水平。包括壽命，剛才講了，最后他的優勢就是在存儲，我們做了4.2V下的60度的存儲，和4.3V下的60度的存儲，和前面的材料相比，他還是有明顯的優勢。但是單晶材料確實有一個特點，就是他受電池工藝的影響比較大，我們了解到一些客戶，他說單晶材料，因為輸出差就不如團聚體的表現，也有人說單晶材料就是比團聚體的容量高，就看材料怎么用。所以我們從測試角度來講，至少可以達到同樣的水平，而且在存儲特性上，包括安全性上會更有優勢一些。
第二步講一下我們的622，我們6A是三年前量產，是國內第一款622材料，當然在全球也是第二家量產的一款材料，3年前的產品到今天我們進行了升級，開發了6E，就是更高的容量，同時我們又開發了高電壓叫6EH，當然也有6微米的單晶6HC，6E和6A相比，總體上看起來差異不大，但是我們從前軀體燒結甚至包覆的元素還是做了一些調整，可以看到6A和6E相比，容量提升了5毫安時，包括在各個倍率下也是進行了測試，他都是容量更高，包括我們測試穩定性，他也會表現的更好。這是全電池做的測試，比原來的6A高出5個毫安時，這是我們自己主動升級，目前這個材料在國內有些客戶批量用戶，包括方總原來領軍的那個企業，我們前兩天剛剛招標，會批量使用。
他的壽命也保持同樣的水準。這個壽命達到什么水平？這是當年SK測的數據，也講過，他用我們的材料可以做到4千次以上的壽命，但是用原來韓國的材料就是2千次的壽命，并且我們在高低溫的性能上更有優勢，這是我們做的一個容量提升的6E，這些基礎上我們又做了一個高電壓，用了4.35V、4.4V的622，我們可以看，同樣拿6A做基準，我們在45度、4.5V、1C充放的時候，高溫循環壽命大幅度提升。
講一下6SC單晶化的產品，我們也和國內的一款產品進行對比，可以看到我們單晶化程度更好一些。大家可以看到，容量和倍率，紅色的線和藍色的線，高出幾個毫安時，那個高出了6個毫安時，因為有不同細分的型號，面對不同的客戶。這是充放電曲線、電壓，都可以看到有明顯的優勢，包括循環壽命、穩定性，都還不錯。
大家現在比較關注的高鎳材料，811，811我們目前已經實現了量產，并且實現了批量的供貨，這是一款12微米的產品，對比原來是國外的一款NCA，可以看到這個產品是球形度、致密度都比較好的，而且是經過了表面處理的產品，他的容量在205毫安時以上。可以看到我們這個材料都有一個特點，他的充電電壓都是非常低的，放電電壓會更高一些，所以我們在設計材料的時候一定要考慮他的輸出特性，他的DCIR的問題。當然他的壽命，左邊是常溫，右邊是高溫，45度的高溫壽命表現的非常好。
這是我們實驗室做的電池，1000周93%，IC充分，常溫壽命。這個材料從我們客戶的評價來看，2000周以上的壽命肯定沒有問題，所以科技部十三五的重點研發計劃當時定了1500周，針對低碳負極，我說正極材料肯定不會掉鏈子，我們的目標肯定照著2500周到3000周去做的，現在數據來看應該是沒有什么問題。
我們也在做NCA，鎳811的這種NCA，鈷15%、鎳80%左右，大概3%的鋁，我們對標的是日本的一款NCA的產品，可以看到，我們在容量上大概能高出3個毫安時，看充放電曲線，我們的充電電壓是比較低的，放電電壓，尤其放電的末尾非常的飽滿，放的非常充分，畫一個大弧線下來，看后面的倍率特性也是比較好，這是壽命，這是25度下的電池測試的壽命，優勢還是比較明顯，這是高溫45度，也是比較明顯的。
所以我一直很納悶，我們拿的都是日本的材料，是不是說日本的好材料都送不到中國，我們從中國電池廠拿出來的材料確實對比，我們一測發現我們包括NCA還是有明顯的優勢，如果200毫安時左右鎳811的這款NCA，我們還做一款鎳88的，容量更高，鎳含量是87.7，放電容量達到213，這是拿日本的另外一款材料，可以看出我們的容量包括倍率特性總體還是表現更有優勢，這個是45度的循環也是表現的更有優勢一些。
這里報告一下我們在做高能量密度材料方面的一些進展，動力電池材料確實不像數碼電池材料，對壽命要求更長，我們的目標，如果方形、軟包配套的都是照著4000次以上的常溫壽命、2000次以上的高溫壽命這樣一個目標來設計的，當然其存儲特性、安全特性都做到行業比較好的水平，所以我們還是有信心，盡可能不會輸于日本和韓國的材料，我們還是有信心做到的。不信大家可以測試一下。謝謝！
（根據現場發言整理，未經本人審核）
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