三元材料“高鎳”進程加速 安全性仍在持續(xù)解決中
三元電池材料，是指由三種電極材料共融而成的復合電極材料，理論上兼具每種電極材料的特性和優(yōu)勢。
鎳鈷錳酸鋰（LiNixCoyMn1-x-yO2）是目前最主流的三元電池材料，也被認為是未來的發(fā)展趨勢。其以鈷鹽、錳鹽、鎳鹽為原料,通過調(diào)配鈷、錳、鎳三者的比例，來獲得不同的電極特性。
如果說現(xiàn)在什么電池材料最火，恐怕就是高鎳三元材料了。相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料，高鎳三元材料由于鎳元素比例的提高，在比能量上有更大的優(yōu)勢。從333、532，到622，再到811（鎳、鈷、錳三者的比例），近年隨著研發(fā)的投入，三元材料高鎳進程“根本停不下來”。
2016年11月14日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網(wǎng)絡科技有限公司共同承辦的“2016’第五屆中國電池市場年會暨第一屆動力電池應用國際峰會、第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會”上，眾多電池和材料企業(yè)的發(fā)言也透露中三元材料“高鎳”進程加速的趨勢。
高鎳三元電池材料已成“燎原”之勢
如果說前兩年，高鎳三元材料電池還處于個別廠家和學界的研發(fā)階段，那么從2016年開始，高鎳三元電池的研發(fā)和生產(chǎn)已呈“燎原”之勢。
近期，國內(nèi)動力電池龍頭企業(yè)寧德時代（CATL）總裁黃世霖在相關(guān)場合表示，寧德時代在材料上會逐步由磷酸鐵鋰/石墨、三元、高鎳三元/硅碳再到固態(tài)鋰、空氣金屬電池演進?！笆濉逼陂g，寧德時代將致力于高鎳三元/硅碳電池研發(fā)，努力實現(xiàn)350Wh/公斤的目標。目前已經(jīng)組織專門團隊，確保實現(xiàn)量產(chǎn)目標。
億緯鋰能亦在其投資人互動平臺上表示，高鎳型NCA（鎳鈷鋁）、NCM622和NCM811是三元動力電池最主要的發(fā)展方向，公司已完成NCM622型三元動力電池的規(guī)劃。
當升科技表示，憑借多年研發(fā)和生產(chǎn)高鎳多元正極材料經(jīng)驗，目前公司NCM622 三元正極材料已實現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，并得到國內(nèi)、國際客戶的認可,被應用到新能源汽車動力電池領(lǐng)域，產(chǎn)品供不應求。
據(jù)相關(guān)媒體調(diào)查，雖然目前三元電池企業(yè)主要應用的還是NCM333和NCM523電池，但是NCM622已經(jīng)進入了部分企業(yè)的材料供應鏈。隨著材料體系的高鎳化進程，預計明年國內(nèi)三元電池企業(yè)將開始應用NCM811和NCA材質(zhì)，電池單體能量密度將從200wh/kg向250-300wh/kg邁進。
安全性問題在持續(xù)解決中
眾所周知，三元材料中的鎳含量越高，材料的穩(wěn)定性越差，安全性越差。
目前，雖然業(yè)內(nèi)發(fā)展高鎳三元電池材料的“調(diào)子”已定，為了在保持其高比能量的同時，兼顧循環(huán)壽命和安全性，國內(nèi)材料和電池企業(yè)可謂是苦心造詣，其安全問題仍在持續(xù)解決中。
業(yè)內(nèi)專家表示，三元高鎳材料的安全性可以通過材料改性優(yōu)化、表面包覆、調(diào)整電解液和負極材料等方式來逐步解決。
材料改性方面，在三元材料晶格中摻雜一些金屬離子和非金屬離子，可以提高電子電導率和離子電導率，提高電池的輸出功率密度，同時可以提高三元材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；其次，在材料表面包覆一些厚度合適的金屬化合物、鋰鹽或者某些單質(zhì)，也能夠使活性物質(zhì)與電解液有物理隔離，減少副反應的發(fā)生，抑制過渡金屬離子在電解液中的溶解，具有一定機械強度的非活性包覆層還可在長期循環(huán)過程中減緩電極材料結(jié)構(gòu)的坍塌；再者，采取添加劑優(yōu)化電解液，可以有效地促進電極材料表面上形成高質(zhì)量的表面膜，同時抑制電解液的氧化分解。
此外，業(yè)內(nèi)人士指出，高鎳三元材料電池對制造環(huán)境、生產(chǎn)設備、電芯制造工藝等方面也提出了更高的要求。
目前，在高鎳三元材料的安全性問題上，比亞迪、天津力神等業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)正在努力解決和完善中。
在2016’第五屆中國電池市場年會暨第一屆動力電池應用國際峰會、第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會”上，天津力神詳細地介紹了公司高鎳三元電池材料研發(fā)和生產(chǎn)情況。
天津力神表示，針對高鎳三元電池材料的特性，公司開發(fā)了多元素包覆技術(shù)，在提升材料性能的同時，保持其容量倍率；在電解液方面，通過新型的抗氧化添加劑的使用，來提高電池的循環(huán)性能，減少高鎳材料在使用過程中的膨脹；在電池工藝上，使用新型的黏合劑和梯度化純工藝提高電池的循環(huán)壽命，減少硅材料在使用過程中的膨脹，確保電池的安全性。
比亞迪工作人員在相關(guān)場合表示，為了徹底解決高鎳三元材料體系的安全問題，比亞迪嘗試用硅材料做電池負極，并對導電劑、連接劑、制備工藝做出了大的調(diào)整。在電解液上，比亞迪加大了對耐高溫高壓電解液甚至固體電解液的測試和研發(fā)。
許曉敏
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