由中国化学与电源行业协会和中国电子科技集团公司第十八研究所共同主办的“第十二届中国国际电池技术交流会/展览会(CIBF2016)”于2016年5月24日在深圳会展中心隆重开幕。作为动力锂电池工程实验室一员很荣幸在实验室主任刘老师以及课题负责人夏老师的带领下参加了此次学术界与产业界的“盛宴”。下面我从以下几个方面做简单总结:
一、了解锂电池行业研究动态
参会期间选择性的听取“电池技术交流会”的大会报告,重点听取了天津力神电池有限公司张娜博士的“电动车辆用高能量密度电池技术进展”影响中张娜博士每次在会议上所做的报告都有一定的新颖性,此次会议张博士介绍了力神高能量密度电池研发重点包括NCA与硅碳体系研发。比亚迪EVD电池部沈烯总经理介绍了比亚迪电动车与动力电池发展现状,在下一代动力电池新型材料研究进展Session部分重点听取了德国太阳能和氢能研究所Margret Wohlfahrt-Mehrens博士的“用于锂离子电池的高电压正极材料” Margret博士重点介绍了他们组在高电压材料从LiNi0.5Mn1.5O4材料的合成,以及表面采用LiNbO3包覆,介绍了以石墨为负极全电池优异的循环性能的研究以及LiNi0.5Mn1.5O4为基体做富锂研究,包括与普通三元材料的对比。台湾工研院陈金铭博士做了题为“应用于下一代电动车的高能量密度电池及其材料”陈博士重点介绍了工研院在磷酸锰(铁)锂产业化情况,此外陈博士详细介绍了台湾工研院在硅碳负极材料、富锂材料、以及钛酸锂负极材料研究进展。陈博士的报告应该说概括了台湾在锂电池方面研究以及产业化的最新方向。优美科二次电池材料公司(加拿大)Wendy Zhou博士做了“提高工作电压:扩展经济适用型电动车续航里程的途径” Wendy Zhou博士介绍了优美科在锂电池正极材料尤其是三元NCM、NCA的研发情况,重点结合关键原材料对锂电池正极材料甚至对锂电池行业的影响,优美科是一家全球性的材料科技集团其在锂电池正极材料尤其是三元材料起步较早,其从上游源材料到后端有着完整的研发体系与供应链条,其报告提醒对我们国内乃至整个行业都有一定的启示。
二、看展览、问产品、学技术、解疑惑
本次“第十二届中国国际电池技术交流会/展览会(CIBF2016)”的重头戏必然是展览,本次展览会共吸引了海内外1100多家厂商报名参展,规模空前,这也印证了目前电池行业尤其是锂离子电池行业如火如荼。超1100家参展商中尤以2号馆更为火爆其集中了国内外知名电池材料企业,作为一名正极材料研发工程师的我更加关注正极材料尤其是三元材料的研发动态。重点梳理以下几个行业相关的研发动态:
1、厦门钨业,其锂电池正极材料包括了钴酸锂、三元、锰酸锂、磷酸铁锂等,公司三元材料(NCM)从前驱体、到正极材料均自产,目前三元正极材料(NCM)年产量达到5000吨,公司规划控股的福建省三明金明新材料有限公司计划正极材料年产10000吨。同时公司积极储备NCA等相关技术。
2、金和锂电:这是我们宁波本土企业,金和锂电在三元材料尤其是前驱体方面一直处于行业领先,其在三元材料方面尤其独特的理解。
(1)掺杂可以改善循环和稳定结构的作用(如图NCM333材料为例)
(2)包覆可以改善循环、减少残留Li含量,同时金和观点认为包覆可以改善材料的高温储存性能(如图NCM333材料为例)
(3)针对目前研究最为火热的NCM811提出了控制晶向排列改善材料的倍率和长循环性能
(4)金和锂电目前主要前驱体系列指标
此外,还认真调研了三元材料其它企业,当升科技、河南科隆、天津巴莫科技。
金驰能源材料、乾运高科等三元材料(前驱体企业)。目前三元企业普遍看好三元的发展,三元材料虽然存在安全方面的隐患,但是其材料本身的优势仍然具无可替代的。
3、关于相关企业富锂材料研发进展
(1) 惠州龙为
该公司的富锂锰酸锂,在普通材料性能方面较为突出。但是该公司规模较小,不成气候。
(2)安泰科技
该公司也是以三元材料以及富锂锰基正极材料作为重点研发方向,我与对方也进行了良好的交流,该公司坚持富锂锰基正极材料前驱体走氢氧化物的路线,也主要考虑到碳酸盐前驱体粒径控制以及批次稳定性的问题,所以坚持走氢氧化物路线。
4、调研相关设备(寻找中试线建设过程中遇到问题的解决思路)
本次展览设备方面参展商占了一大部分,针对目前我们前驱体项目中试生产需要,与会期间我详细的调研了南大紫金等相关自动化称量的企业,包括物料输送的一些企业尤其针对我们前期的管链输送和真空输送进行现场比较。针对我们需求,有部分设备是我们中试生产,乃至后期产业化所必须的,通过现场看、交流帮助我进一步理清楚思路。
此次会议还就前驱体废水处理问题与三一重工和江苏金润两家公司进行现场对接。
三、总结
1、关于锂电池正极材料发展趋势
锂电池正极材料三元材料(包括NCA)目前是最为火热的领域,企业界都在扩产能或者兴建,而关于三元材料前驱体仍然是部分企业较为苦恼的事情,前驱体合成过程的污染问题,以及解决三废问题带来了前驱体成本居高不下,某些层面上也限制了企业的发展。
对于新能源汽车动力电池而言,资源占用小、性价比和安全性高、续航能力强的材料具备明显优势。三元电池材料是制作动力锂电池的新型材料之一,具备上述优势。以特斯拉三元材料镍钴铝(NCA)为代表,已经被视为未来动力锂电池的新一代正极活性物质,市场前景广阔。
随着三元材料在动力领域安全性的逐步成熟,以及消费市场对于续航里程需求的提升,北汽、江淮、吉利、奇瑞、长安、众泰、中华等都推出了使用三元材料的新能源汽车,三元材料将逐步成为主流。行业数据显示,从目前情况看,2015年三元材料电池市场规模约1.4GWh。2016年三元材料电池市场预计增长将达到274%,即5.2GWh,对应市场规模过100亿元。
而作为三元动力电池生产的核心关键材料,正极材料对锂电池的比容量、安全性、稳定性、循环寿命、生产成本等主要指标起到决定性作用,占电池原材料成本的40-46%。
“研究表明,随着镍含量的增加,三元材料的晶胞参数会发生相应的改变,从而使得电池能量密度得到大幅度的提升,即镍含量越高,电池的容量越高。”采用高镍低钴的结构可大大降低材料的成本,成本驱动将推动三元材料向高镍低钴的结构发生转变,“为尽量降低成本、满足新能源汽车续航里程要求,国内产品工艺领先的正极材料生产企业都纷纷开始研究、生产高镍的三元材料,当前特斯拉使用的NCA三元材料就是典型的高镍低钴的代表。”
“研究表明,随着镍含量的增加,三元材料的晶胞参数会发生相应的改变,从而使得电池能量密度得到大幅度的提升,即镍含量越高,电池的容量越高。”采用高镍低钴的结构可大大降低材料的成本,成本驱动将推动三元材料向高镍低钴的结构发生转变,“为尽量降低成本、满足新能源汽车续航里程要求,国内产品工艺领先的正极材料生产企业都纷纷开始研究、生产高镍的三元材料,当前特斯拉使用的NCA三元材料就是典型的高镍低钴的代表。”
2、关于锂电池材料设备
锂电池发展如火如荼,同时其相关的辅助设施尤其是生产自动化方面受到相关行业尤其是设备厂商的高度重视,生产自动化、标准化,减少人为参与是一个新行业发展的必然趋势。
3、我们的优势
我们实验室在某些材料尤其是新型正负极材料如富锂锰基正极材料,硅碳复合负极材料相对而言在基础研究以及中试研究都有这领先的地位,但是怎样将这些优势在材料产业化过程中发挥出来,怎样让实验室的成果比如我们正在做的富锂锰基正极材料尽早变成商品尽早让其用在动力锂电池中、用在电动汽车中这也需要我们作为一名动力锂电池工程实验室工程师要深入思考的问题,我们不仅要解决材料本生存在的问题实现产业化,还要将自己做的材料推销到市场推销的客户手中,要让我们的科研成果为社会所接纳,这就要我们勤于思考、努力奋斗。让科研成果与社会共享与人类分享,奉献自己应有的贡献!