高镍时代加速到来 未来或将成为动力电池的主流

　　当前中国新能源汽车产业正在从政策驱动向市场主导转变，新能源行业进入后补贴时代，产业链企业面临资金、技术、市场多方面的空前压力。在大环境下，作为新能源汽车“心脏”的动力电池，经过几年的高速发展，目前也正经历着阵痛，产业高度集中，产能结构性过剩、产品同质化严重。竞争态势日趋激烈迫使行业不断寻求新的突破方向。

　　在11月21--23日ABEC2018第6届中国（青岛）锂电新能源产业国际高峰论坛会上，高镍材料高比能量、安全性、低成本、可回收成为大会热议的话题。
 

 锂电“达沃斯”组委会秘书长于清教

　　正极材料能量密度很大程度上决定了一个电池的能量密度，因此国内（523、622、811）为代表的高镍三元正极材料越来越受到人们的关注。高镍三元正极搭配硅碳负极，动力电池单体比能量可达300wh/kg，目前已经取得了实质性突破。但镍含量越高，热稳定性越差，而热稳定性直接关系到电池的安全性。 

　　北京大学教授其鲁在演讲报告中提到，高镍材料基本是镍酸锂、钴酸锂，将钴元素有比例计算以后得到的是新化学结构，物理性能并没有多大变化的材料，高镍材料的安全性也是由此而来。层状岩的结构，在充电状态下它的结构是不稳定的，实验表明，在脱锂的状态下，大概200-300度之间，非常容易分解，分解就要放出大量热量。所以在使用过程中，这个电池比锰酸锂、磷酸亚铁锂的材料更容易释放大量热量。三元材料作为纯电动汽车的电池，使用的时候一定要注意它的发热问题。
 

图为论坛现场 

　　另外，三元材料材料中镍元素呈碱性，暴露在空气中容易吸水，需要将高镍材料水份控制在10％以内，镍材料PH值越高，其电化学性能和存储性能越差，在高水份的环境中，电池的衰减就会很快。另外，高镍材料的电池安全性相比磷酸铁锂等电池安全性有所下降，因此，要在电池设计层面要进行改善。

　　高镍热稳定性较差但为什么在竞争中有一席之地呢？宁波容百新能源科技股份有限公司战略管理中心总经理赵军认为这与国家主推政策有一定关系。具有高能量密度，另外实际使用811或者NCA这种材料，综合成本并没有提高，反而是下降的。且随着高镍正极能量密度提升，综合成本还会降低。

　　虽然，811高镍材料存在一些问题，比如热稳定性差，安全性会下降，这是电芯厂商普遍遇到的问题。但现在正式上车的811材料是比克公司生产的一款汽车，像江淮汽车、小鹏汽车都已经正式亮相。现在方型和软包方面的技术方案还是有一定难度，但是国内已经跨越了这道门槛。

　　容百开发的定向结晶技术提高了循环寿命，常规循环超过2500周。同时在掺杂和包覆方面有所提高。同时开发了高镍粒径级配技术，提高了能量密度。同时这个行业最终在正极材料领域，还是要大规模自动化。从投料的环节到相应的工艺、最终的包装，全规模自动化才能实现整个产业的快速发展。

　　青岛蓝科途膜材料有限公司研究所的所长刘鹏说，在提高安全的前提下，提升能量密度。首先高镍体系肯定有更高的能量才有更好的性能。但本身存在着结构问题和化学稳定性的问题，安全性大打折扣。我们今天从隔膜材料的角度讲，看看能不能给高镍体系提供安全的辅助。

　　镍含量的增高，首先对容量有明显提升，当然带来的问题就是安全性问题。钴的存在主要提高结构的稳定性，但成本会有提升。锰属于非活性物质，起到了稳定反应，提高安全性的作用。总体上讲，活性金属成分含量越高，材料比容量越大，但是镍含量越高，安全性问题越突出。随着镍含量的增多，电池材料的具有更高的比容量。所以从隔膜的安全角度，给高镍体系提供安全的辅助。隔膜因具有良好的机械性能、化学稳定性和高温自闭性能，故而可以从隔离电池正负极、允许锂离子通过防止高温引起的电池爆炸等方面提高锂离子电池综合性能。

　　有蓝科开发的新型芳纶涂覆隔膜，本身耐热型达到400度以上，使用芳纶复合材料对隔膜进行涂覆以后，可以在本身耐温性不强的情况下，提升耐温性以及部分提升强度。整体上提高对电解液的浸润性，有效降低电池内阻。使隔膜耐热性能大幅提升，另外，芳纶涂覆隔膜优异的抗氧化性，有助于实现高电位化，从而提高能量密度。

　　针对负极材料，蜂巢能源科技有限公司副总经理马忠龙表示，石墨作为较为成熟的负极材料，其能量密度已经被充分发挥，业界普遍认为硅碳负极是接替石墨的最佳负极材料，他认为硅材料的问题也不少。首先，硅材料存在很严重的体积膨胀问题。在充放电过程中，硅的体积会膨胀100％～300％，不断的收缩、膨胀会造成硅碳负极材料的粉末化，严重影响电池寿命；其次，硅的不断膨胀，在电池内部产生很大的应力，这种应力对极片造成挤压，循环多次后可能出现极片断裂的情况；再次，由于电池内部应力的原因，很有可能造成电池内部孔隙率的降低，减少锂离子移动通道，造成锂金属的析出，影响电池安全性。马忠龙同时还强调开发无钴正极电芯很重要。他说，三元材料用到的是镍、钴、锰，这里面最高价格的是钴，未来需求较高，钴又是比较紧缺的。从材料成本的角度看，钴用少一点，电池成本就会降下来。

　　论坛会上业内专家还指出，正极材料中镍的比例不断提升以及硅碳负极的使用，给电解液的研发和生产带来新的困扰，随着动力电池的能量密度的提升，电压也会随之升高，电压越高，电解液的分解能力也越强。溶出的过渡金属离子在负极被还原析出后，会破坏负极表面的SEI膜，另外提高电压还会明显增大漏电流。面对新的形式，如果企业没有足够的研发实力很难做好与高镍材料相匹配的电解液产品。电解液就像人的血液，一个人是否健康，把血液化验一下就差不多知道了。所以电解液企业要像做血液一样做电解液。但做企业的，要考虑成本，一定要把产品成本做得越来越低，满足市场需要。

　　奇瑞新能源汽车技术有限公司副总经理兼研究院院长倪绍勇分析说，目前有磷酸铁锂电池，有三元电池，也有即将大量使用的高镍三元和硅碳负极锂电池，未来还有一系列的固态锂电池、固态锂锍电池、燃料电池等等，对整车厂而言，未来到底用哪一个？未来到底用能量密度的电池还是用更便宜的电池还是用更容易获得的电池，这对整车厂来讲都是机会。首先三元走高能量的方向一定会走下去，因为整车续航里程不足这个事情，无论如何这是需要解决的事情。磷酸铁锂未来肯定会成为我们的选择。因为磷酸铁锂有它的特殊性，在小型代步用车上，很大程度能够满足需要，只是需要更合适的资源而已。因为补贴的原因，三元的产量越来越多，各家电池厂都把工艺调整为三元，好用的或者能批量供货的铁锂资源就偏少了。在未来一到两年里，有可能磷酸铁锂的用量也会加强。

　　浙江华友循环科技有限公司副总经理高威乔则提出，随着新能源电动汽车的逐步产业化，车用动力电池的产量将大幅提高。动力电池含有各种可回收利用材料，一辆电动汽车平均使用正极材料50公斤、负极材料40公斤、电解液40公斤。一旦废弃动力电池不能得到有效回收处理，不仅对环境的污染非常严重，还造成资源的浪费。他说，目前国家政策里面有非常明确的要求，要严格遵循先梯级利用后再生利用的原则。动力电池回收有两个途径：梯级利用和再生循环利用。当然，梯次利用的电池有一天用尽了还是要回到再生循环的部分。他强调废旧动力蓄电池的回收的重要性是关系到行业可持续发展。

　　中关村新型电池技术创新联盟秘书长、锂电“达沃斯”组委会秘书长于清教做了总结性发言，他说我国锂电池全产业链市场步入了动力电池驱动时代，已拥有从基础材料、电池、电机、电控系统等比较完整的产业体系。作为全球最大新能源汽车及动力电池产销市场，我国在世界新能源汽车产业中的话语权日益增强，动力电池领域形成了“中日韩”三国鼎立之势，也构建起多种技术路线与材料体系协同发展、互为补充的格局。

　　本次论坛是有中关村新型电池技术创新联盟和电池网共同主办。论坛期间组委会联和电池网还隆重举行了第8届（2018年）中国电池行业年度人物、年度创新奖颁奖盛典。