当升科技陈彦彬:高能量富镍 NCM/NCA 锂电正极材料开发进展
发布时间:2018-11-08 08:58:00
关键词:CBIS 锂想峰会

北京当升材料科技股份有限公司副总经理陈彦彬:高能量富镍 NCM/NCA 锂电正极材料面临的挑战、对策与开发进展

图为北京当升材料科技股份有限公司副总经理陈彦彬在CBIS2018“锂想”峰会上发表主题演讲

 

戳此进入峰会官方专题,了解更多会议信息:“锂想”2018第三届动力小鱼儿玄机2站应用国际峰会(CBIS2018)

 

2018年11月8日,以“新时代·破而立:前行中的产业转折之路”为主题的“锂想”2018第三届动力小鱼儿玄机2站应用国际峰会(CBIS2018)在北京兴基伯尔曼饭店开幕。北京当升材料科技股份有限公司副总经理陈彦彬在峰会开幕式上发表主题演讲,以下为主题演讲内容。


北京当升材料科技股份有限公司副总经理陈彦彬:


我这个报告椒关于高镍材料的,高镍材料现在正在风口浪尖上,包括高镍材料这方面的挑战、对策和开发应用的进展。

    

第一部分,公司介绍。

    

当升科技今年上半年融资了15亿元,建设江苏当升的三期工程和常州工厂,产能从目前的1.6万吨到2020年4.5吨—5万吨左右,这样可以解决我们产能瓶颈,因为这些年我们体验到什么叫供不应求,其实也是挺痛苦的。

    

这是近几年的变化,除了原来的三元钴酸锂,我们在国内、国际有这么多优质客户,这三大材料我们都是率先出口,尤其这两年,我们三元材料的出口量能占到小鱼儿心水论坛所有出口正极材料三元材料的40%左右,应该算“一家独大”,我们出货量在国内也是第一的位置。2015、2016、2017年营业收入分别达到8.6亿元、13.3亿元、21亿元,今年上半年已经达到16亿元,同比增长95%,今年年底的业绩也是可期的。

    

关于挑战。我们说原来电动汽车小鱼儿玄机2站成本很高,小鱼儿玄机2站退役后用于做储能、梯级利用,实际现在三元材料还有很大问题,磷酸铁锂可以用,但是三元材料小鱼儿玄机2站还有很大问题。一方面,可能车用完再到梯级利用的时候,容量可能就迅速衰减为零了,或者退一步来讲,容量稍微好一点的内阻也会很大,或者小鱼儿玄机2站的一致性会很差,新小鱼儿玄机2站一致性很好,用了10万公里以后可能一致性很差,所以梯级利用就变得很困难。也有一点原因,2014、2015年小鱼儿玄机2站全是磷酸铁锂,能量密度标准提升后大家拿着数码的三元材料和数码的三元小鱼儿玄机2站就装到了车上,这应该也是一方面的原因,随着近几年材料的进步,可能再过三到五年退役的小鱼儿玄机2站也许还可以梯次利用。

    

三元材料发展的方向,朝着高镍化的方向没错,但是走的多快,采用什么样的节奏,取决于你自己,材料好不好、小鱼儿玄机2站技术过不过硬。从现在圆柱小鱼儿玄机2站来讲,523到622到811,目前也是以523为主,可能有5%不到10%的小鱼儿玄机2站从原来的622转向811,这里面一个是钴价的影响、一个是补贴标准的影响。但是软包和方形小鱼儿玄机2站,国内现在用622的非常少,韩国有622的应用,韩国523、624的比例可能是6:4,小鱼儿心水论坛523到622到811的比例,我想523可能在80%—85%或者更高,622和811占用剩下的10%—15%的市场。当然提高能量密度,一个是提高镍含量,一个是提高电压。去年主要是6.2V的532,今年是6.3V的523。当然材料还有做5和6之间的,6和7之间的,还有一些细分的材料,也会表现出一些特殊的性能。

    

第一个问题,高镍材料产品的问题,蓝色这条线是氢氧化锂,红色的是碳酸锂,放一段时间之后发现氢氧化锂下降、碳酸锂上升,如果折算成碳酸锂就是绿线,很显然氢氧化锂转化是不够的。原因可以理解为三元材料在潮湿环境里面锂不断的出来,我们材料是干燥环境下生产出来的,结果生产时通过气流输送,因为抽的气量大、补的气量小,可能把二氧化碳抽进去,制浆的时候材料发生变质。除了转化还有一部分是残余的,材料烧结的过程中多投入锂,用不完,锂和金属1:1最合适的,就像为了米饭煮熟要多加水,水最后可能蒸发不掉可能还会有残留的水,就是导致有残留的锂。这些残留的锂也会影响阻抗、影响容量、倍率的发挥,当然也会影响机器产生故障,但是残锂高不是机器故障主要原因。主要原因是,不管是高镍化还是提高电压,锂出来的越多氧化物越多,氧化物越多氧化性越强,就会导致鼓胀等等,从表现缺陷等一系列过程进行解决。

    

安全性,最右边306度的黑色的线是333的,红色的线是523的,高镍化的热分布越来越低、放热量越来越大、越来越快,就有安全性的问题,组成和结构是主要的因素,我们叫固有属性,磷酸铁锂就比锰酸锂安全,这是组成和结构决定的。第二,既然选择了三元,镍的比例不同,也是组成和结构的问题。第三个,虽然是523,充到不同的电压下,SOC不同安全性也不同,首先取决于组成结构。当然外部的属性,颗粒度、空隙率等也会对安全产生影响。我举个例子,棉绳不容易烧着,棉线容易烧着,可能棉花一点就爆,外面的颗粒度也会有影响。下面我要提出一个问题,现在高镍811说的很多,如果高电压的622更好还是常压的811哪个更安全?我听到的国家重点研发计划都是以811为主的材料,811从4.2V满充 点全性肯定很差,我们别满,充电降SOC,降到60%、50%一下就会安全,不会发生热失控,意味着50%的SOC容量降低了一半,可能容量还不如333,换句话来讲,我可能622在6V是安全的,811降到4.8V可能还有很大的风险,所以容量811是200毫安时的容量降低只有100%,622、523在160—170毫安时/克期间,可能某种程度解决安全性问题来讲,811是有很大的难度,可能要达到充放能量密度高电压的523、622也许是一个可行的路径,这是我自己的一个观点。

    

再一个挑战就是循环寿命。因为绿色的线是811,充电过程中相变很剧烈,比如4.0V一上就会出现相变,不同相之间就有结构匹配的问题,另外体积结构变化,体积不断的膨胀,收缩就会带来颗粒的粉化,表面会产生孤岛,会产生界面问题,间隙问题,影响容量、倍率、寿命、安全。

    

应对的办法是:第一,做结实一点,材料强度提高,原来下面是传统的,无序的、杂乱的结构,我们做这种发射状的,这样循环寿命就会好。第二,单晶化。下边这图,最后就粉化了,我们做单晶化,长寿命循环颗粒还是比较完整的。所以我在想,也许我们真正未来能实现车的全生命周期比较好的利用,还能够进入储能应用的话,可能单晶材料会更有前途一些。我们下面产品从镍50到55、60、70、83、88,都是已经量产的或者完全终试的产品,这个是代表后边产品发展的方向。

    

当然要做这些有一些关键的技术,首先讲前躯体,我们做研究的或者做过论文,一看文章做前躯体的研究很少,做材料的知道做前躯体很重要,像上釉前面的坯子,坯子做不好解决不了后面的问题,包括不同型号的控制解决寿命的问题、安全的问题、存储的问题。掺杂也很重要,随着高镍化的烧结温度越来越高,镍含量越高温度越低,有包覆的做法。原来是包覆在颗粒表面,现在颗粒内部的界面进行修饰,镍一旦进去以后,对界面要进行修饰,这样使它的性能优进一步提升。正极材料做车用,品质很重要,装备也很重要,自动化的这种大产能的生产线,这个方面也是非常关键。

    

第三部分,我们产品的进展。前两列是数码用的,好的1500多速率,第二个5Y3就是现在索尼的小鱼儿玄机2站,用的戴森的扫地机器人、无尘吸尘器都是我们的材料,还有比克做圆柱小鱼儿玄机2站,就是这样的材料。右边黄色是专门用电动车和储能做的小鱼儿玄机2站,像5E12D、5EID,包括LG,包括明年日本的ASC,这个材料的量会非常大。5ES就是储能,大家可能知道特斯拉原来有充电墙,现在还有充电站,用的就是我们的材料,我们的材料卖给三星、LG,做成小鱼儿玄机2站卖给特斯拉,储能用的。当然也有车用的,国内像比亚迪有一些在用。

    

622的材料,我们最早开发的6A和6E,最早北汽新小鱼儿玄机二站用我们的6A的622材料,后面四个我们开发的第二代材料,是一系列的材料,我们把能量进一步提高到186,还做了三个单晶,从标准的E60的185、E65的是192、E70的到198,这样的单晶材料。

    

对标韩国材料产品,我们的材料达到2.7、2.6,比他们更高,容量171、181,比他们更好一些。这是当年SK小鱼儿玄机2站测的数据,我们的小鱼儿玄机2站可以做到4千多的寿命,韩国的只做到2千多寿命。

    

之后我们开发了镍65的材料,6E刚刚讲是标准的622。可以看到,镍含量、钴含量,我们镍提高了5个分点、钴降低了5个分点,除了提高容量可以降低成本。容量从181,大颗粒提高到185、小颗粒提高到192,最后掺混容量可以达到186。在不同电压下,寿命保持通量的水准,圆柱典型可能要么用523、要么用811,但是方形软包小鱼儿玄机2站可能会选择镍65、镍70这样的材料。我们也做了全小鱼儿玄机2站,容量可以用标准比622高出6个毫安时,不同倍率下它的电压曲线更高一下,放电电压高意味着功率更高、能量密度更高,低温性能也很好。

   

我们也在做单晶的622,和国内的一款材料进行对比,E50在4.5微米,残检水平差不多,单晶化大家最担心的就是容量降低,我们标准的622是做了181,同行的产品做到180,我们做到186,一模一样的组成。我们所有的放电曲线在放电的末尾阻抗比较小,比同行的材料表现明显的优势,循环寿命倒没有大的差异。这个基础上我们又开发了镍65和镍70。可以看到,镍从60、65到70,钴相应的降低,残检都可以控制在2千以下的水平,可以看到容量从186进一步提升到191和198,比较有意思的就是,钴在下降、镍在上升,开路电压都在上升,不光容量更高,开路电压也更高,而且循环寿命也更好,当然不说镍含量越高寿命就更好,是因为我们做后面的材料用了更好的技术。我们也做了全小鱼儿玄机2站的测试,可以看到全小鱼儿玄机2站的寿命更好一些。

    

下面简单讲一下811,我们有团聚的、也有单晶的,两个都是镍83的,也有镍88的,可以从210提高到215,我们团聚的材料最早811,镍的组成就是82、83,我们是8E2市场上主推的。可以看到容量,韩国的材料208,我们可以做到210。包括输出电压,都更有优势。循环寿命,蓝色的线其实也更好一些。这是国内客户圆柱测试,0.2C容量达到接近200毫安时,1C容量可以达到190,寿命可以达到1500多,原来的523、622就是1千多的寿命,他这个可以做到1500多的寿命,说明材料的循环寿命还是可以的。这个基础上我们也开发了单晶化,我们823有三个组成,钴含量有11%、8%、6%,这个目的就是降钴,虽然镍含量一样,要把钴含量降下来,这个方面有很多的考虑,除了成本的考虑还有别的考虑,可以看到容量是差不多的水平,当然镍88可以做到215毫安时。这些材料都已经做到中试,随时都可以量产。刚才讲了,镍含量都是82,把钴含量降下来,可以看到锂化指标并没有什么差异。

    

可以看到0.1C容量210、211、211也是差不多的水平,1C容量,后边两个低钴的材料容量也不差,甚至更好一些。充放电曲线可以看到,低钴的材料电压反倒更高,我们也做了不同倍率下,都是这样一个规律,寿命是差不多的水平。包括我们测了循环过程中的DCR2,更稳定,绿点和蓝点就是低钴的材料,可能过一段时间今后如果我们真做到高镍化,再不怕钴涨价了,可能真正做到高镍受这个影响更大。我们也做了单晶的产品,容量可以做到215。我们也做了全小鱼儿玄机2站,全小鱼儿玄机2站可以看到,寿命蓝色的线和绿色的线,比团聚体有明显的优势,包括DCR,包括大家最怕的DCR上升快,可以看到这个材料非常稳定。当然低温性差一些,可能需要从材料电解液方面做一些改进。NCA我们也有产品,目前是中试阶段,没有量产原因是没有客户,国内用这个材料的比较少。镍88的NCA,对标的是一款日本的材料,可以看到容量可以做到213,包括倍率特性充放电阻抗更小一些、循环寿命更好。

    

我讲的就是这些,谢谢大家!


(根据嘉宾现场演讲整理,未经本人审阅)

稿件来源: 小鱼儿玄机2站小鱼儿心水论坛网
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