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第二届新型电池正负极材料技术国际论坛参会报告(贺志龙)

       4月22日至4月24日在杭州萧山参加了为期3天的“第二届新型电池正负极材料技术国际论坛”,聆听了大量业内做锂离子电池正负极材料的专家学者、资深产业分析师、正负极材料供应商及电池制造商等对锂电产业下一代材料的看法。下一代材料的迫切需求有消费者购买欲的影响因素,如目前的动力锂电池汽车相对于传统汽油车的性能竞争力不大,我们需要性能更高的动力汽车,如Tesla这种充一次电能跑500km的汽车,当然也要考虑性价比、安全等其它因素;也有国家政策引导方向的因素,正如陈立泉院士在开幕时的报告中所讲,国务院下发《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》指出2020年的发展目标为比能量:300Wh/kg,续航里程:300km,电池成本:1.5元/Wh,这个目标的实现必须使用新的锂电池材料及体系,另根据最新的财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委联合发布的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》指出,对补助范围内的新能源汽车产品技术要求做了新的规定,其中纯电动乘用车的续驶里程由大于等于80km提升至100km,同时在行驶速度方面,纯电动乘用车30分钟最高车速应不低于100km/h,此外,在补贴标准方面,2017-2018年补助标准在2016年基础上下降20%,2019-2020年补助标准在2016年基础上下降40%,这份通知不仅要求动力锂电汽车在性能上与传统汽油车接近,而且要求价格上逐步摆脱补贴的优势,这些因素都要求推出新型的锂电正负极材料。

       根据台湾工业技术研究院产业经济与趋势研究中心资深产业分析师吕学隆的报告消息称,日本的锂电公司倾向于提高充电电压及提高正极的Ni含量,他们会从中国购买低成本的LCO/NMC,然后运回日本进行后处理,动力方面已经开始采用NCA正极材料,消费类电子方面在尝试4.45V/4.5V的高电压LCO。下表为目前日韩企业应用于动力汽车上的正极材料列表:  

                                             表一:Present xEVB Cathode Material Series

                      

从上表可以看到比较多的公司已采用两种正极混合使用,在随后对SDI为BMW i3开发的60Ah电芯分析报告中更显示正极为3种材料相互混合(LMO:NCA:NCM523=4.22:1:1.54),在国内如微宏动力也表示通过3种以上正极材料混合可获得优异的电池性能。这表明几种材料搭配使用以兼顾各方面性能也是一种普遍使用的方案。至于负极虽然目前主流使用的仍是人造石墨或天然石墨,但下一代必然是Si+碳/石墨,报告显示已有开始使用<5%Si+碳/石墨的应用,并且目前国内也有部分材料厂家一开始销售含Si的负极材料,克容量可在380-1000mAh/g之间,如下表为深圳贝特瑞开发的的新型高容量Si基复合材料。

                                                         表二:Si基复合材料理化指标

                      

电芯生产厂家制定的能量密度的Roadmap与材料厂家的开发方向基本一致,万向A123生产圆柱及软包装电芯,目前产品的能量密度在160-180Wh/kg之间,16年的计划是200Wh/kg,如下是万向对于高能量密度电芯的开发方案:

                                               表三:万向A123高能量密度电芯正负极开发方案

                       

上表表明开发200Wh/kg以内的单体电芯是基本考虑使用三元正极材料搭配石墨负极,200Wh/kg以上需考虑使用NCA或者富锂材料,250Wh/kg以上时负极开始考虑使用Si/C。大连比克电池股份有限公司首席技术官林建博士的报告展示大量锂电新型材料在消费类电子当中的应用。报告显示LA及SN电解液添加剂能显著抑制NCM811在高温存储中Ni的溶出,同时数据也表明SiO比SiC有更好的循环表现(80%@400cycles,4.2V-3.0V),显然消费类电子对新材料的应用走在更前面。

       参与本次论坛的材料供应商及专家学者普遍反映相对于NMC811或者高电压LCO,认为NCA综合性能更优异。中南大学的胡国荣教授报告显示由于之前国内对NCA的生产原料Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2标准不确定,后由日本某公司委托国内某公司代工最终确定了标准,目前国内已有多家企业开始中试和小批量试产,松下、SONY是NCA电池的主要供应商,韩国SDI也将采用NCA生产动力电池。上海空间电源研究所汤卫平博士的报告显示NCA表面的氟化处理能提高材料的电化学性能。JFE的孙能奇博士展示了JFE开发的NCA不仅有优异性能且能通过针刺测试(软包304983,800mAh,4.4V FC)。

        天津18所的刘兴江博士报告虽然在动力方面锂电市场在快速增长,但安全是新体系运用的关键因素,本次论坛也鲜有针对锂电安全方面所做的工作报告。ATL的种晋经理阐述了从电芯设计之初至PACK装车都要将安全问题考虑在内。河南科隆新能源有限公司的程迪总经理也向与会的专家学者报告日韩企业对动力电池材料的选择是先考虑安全、可靠及成本,再考虑寿命及能量密度。只有安全问题的解决,才能代表动力锂电产业的真正成熟。