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黄承焕博士在“第五届中国锂电产业峰会”上演讲

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       3月3日,由锂电大数据主办的 “2017年第五届中国锂电产业峰会暨广州国际电池及储能技术展会” 在广州国际采购中心举办。400多位行业专家、企业代表齐聚一堂,共同探讨锂电与新能源汽车产业发展。
       在本次峰会上,我公司黄承焕博士发表了《动力锂离子电池NCM/NCA多元正极材料的开发与应用》的主题演讲,分享了对动力电池行业发展趋势的看法,讲解了长远锂科NCM/NCA开发及产业化的状况,深入探讨环境对NCM/NCA的微观结构和性能影响,分享了车载动力多元正极材料一些共性技术问题。
 
长远锂科
 
       动力电池行业发展趋势
       2016年新能源乘用车总体销量已达32.9万辆,同比增长86%,北汽汽新能源蝉联国内EV市场销量冠军。黄承焕博士表示,未来新能源汽车的产销量将越来越高,乘用车新车整体油耗将越来越低,按照国家《节能与新能源汽车技术路线图》,到2020年将降到5L/100km,到2030年会降到3.2L/100km,这将刺激新能源汽车的增长;按线路图,到2020年,新能源汽车产销量要求超过总销量7%,如果汽车总产销量有3000万辆,至少有210万辆新能源汽车,而到2030年新能源汽车年销量超过总销量40%,按汽车总产销量达到3800万辆算的话,也有1520万辆新能源汽车。
       在正极材料方面,黄承焕博士预测,基于能量密度和续航能力的需求,三元将是未来车用动力锂电池发展的主要方向,到2020年,按新能源汽车产销量要求超过总销量7%来计算,估计需要正极材料会达到16.8万吨,折算三元金属总量将达到10.8万吨;到2030年,新能源汽车年销量超过总销量40%,预计需要正极材料121.6万吨,折算三元金属总量将突破72.5万吨。未来的Ni、Co资源将很紧张。
       NCM/NCA开发及产业化
       高能量比电池是行业发展的必然趋势,在产能限制的推动下,近几个月来多个电池企业新增了三元产线,但是一味地提高产能远不能满足新能源汽车发展的需要,目前我国动力电池以及出现整体产能过剩,结构性供应不足的局面,提高能量密度是发展关键。黄承焕博士介绍,目前常规的多元材料用于18650圆柱电池,容量只有2.0~2.3Ah,如果想要做2.6-3.3Ah的高能量比电池,需要从提高粉体压实密度和克容量入手,后者通过增加镍的含量或者提高电压来实现。
       “压实程度影响颗粒的强度和弹性,如果材料的强度不够,比如在3.6 g/cc压实情况下,大概在循环600次以后,材料的裂化很严重;如果增强二次团聚颗粒的机械强度,提高材料压实度,同时提高电导率和电化学活性,减缓循环过程中恒流充入比例的下降,进而增加循环次数。”黄博士阐述道。
       他指出,提高充电电压,可以提高Li+脱嵌数量,从而提升克容量。以NCM523为例,将充电电压提升,从4.2 V提升到4.35V到4.4 V,每上升一个阶梯就可以多8-10 mAh/g,不过提高电压可能会出现三方面的问题:结构稳定、析氧、胀气以及影响电解液的稳定性。常规NCM523,全电池1C/1C, 3.0-4.35V下,150周容量保持率只有75%;通过解决高电压出现的上述问题,500周容量保持率提高到89.7%。在4.35V基础上,黄博士介绍长远锂科新款4.4 V 动力NCM产品,1C容量高达172mAh/g,实际使用压实密度超过3.6 g/cc,未经过优化电解液的电池,1C/1C寿命超过800周。
       黄博士还表示车载动力多元材料存在粒子裂化、过渡金属溶解、单质金属异物等共性问题,而且,在三元材料及其电池生产过程中,环境会对影响高镍NCA和NCM材料的表面化学性质、晶格层、对过渡金属原子价态、氧存在形式造成影响。例如,在不同湿度下NCM622、NCA碱度变化不同,湿度越高反应越剧烈,另外发现环境温度也对NCA的副作用特别明显;通过TEM观察,NCA表面原子层间距发生了变化;结合XPS分析,Ni原子价态发生了变化所致。随着暴露时间的推移,表层的晶格氧逐渐消失,Ni2+/Ni3+比例逐渐增加。因此从极片制作到入壳前,环境温湿度失控对NCM/NCA电池都将造成影响,这是高镍材料电池不稳定的一个重要因素。
       在演讲最后,黄承焕博士介绍了公司和公司产品的情况。