210mAh/g!中國企業突破高鎳單晶材料核心技術！

2026-04-16 01:29:47

　　近年來中國新能源汽車市場快速發展，2018年中國新能源汽車產銷量雙雙突破120萬輛，中國已經成為全球最大的新能源汽車市場。在乘用車領域，新推出的電動汽車續航裏程不斷增加，多款車型的NEDC綜合工況續航裏程最大可達500km以上，極大的提高了電動汽車的使用便利性。

　　不斷提高的續航裏程對動力電池的能量密度也提出了越來越高的要求，例如發改委在2019年公告的新能源車型中就有部分車型的動力電池係統能量密度達到180Wh/kg以上，這就要求動力電池單體能量密度至少達到250Wh/kg以上。

　　提高動力電池能量密度的核心在於高容量正、負極材料的開發，我們以正極材料為例，目前主流的正極材料已經從傳統的NCM111材料逐漸過渡到NCM523和NCM622，正極材料的容量從140mAh/g左右提升到170mAh/g左右，動力電池的能量密度也提高到了230-260Wh/kg。

　　進一步提升正極材料的容量主要可以從兩個方麵進行著手：1）提高Ni含量，更高的Ni含量能夠帶來更高的比容量，例如NCM811材料可逆容量可達190-207mAh/g，如果進一步將Ni含量提高到0.9則容量還能進一步提升到210-220mAh/g左右[1，2]；2）提高充電電壓，無論是NCM811，還是NCM622理論容量都在270mAh/g左右，在不改變材料成分的前提下可以通過提升充電電壓的方式達到提升材料容量的目的，例如NCM622材料在4.3V的容量在176mAh/g左右，但是如果將充電電壓提高到4.5V和4.7V則其容量可以達到201.3和218.1mAh/g[3]。

　　但是上述措施在提升正極材料容量的同時也會導致正極材料的循環性能和安全性能顯著的降低，以NCM622材料為例，雖然4.7V截止電壓可以為NCM622材料帶來接近220mAh/g的比容量，但是同時會導致材料的循環壽命嚴重退化。在55℃，半電池體係4.7V截止電壓下循環50次後，NCM622材料的容量保持率僅為78.9%，遠低於4.3V下循環的NCM622材料（96.3%）[3]，高電壓下的高鎳材料循環穩定性麵臨嚴峻的挑戰。

　　提高Ni含量也麵臨同樣的問題，相比於NCM622材料，NCM900505材料的不僅循環性能大幅下降，在熱穩定性上也出現了明顯的降低。在高電壓下NCM900505無論是在熱分解溫度，還是在放熱量方麵也都要顯著差於NCM622材料[4]，這對應了高鎳材料在電芯中較差的安全性。

　　gaoniecailiaocunzaidezhexiewentiyanzhongzhiyuelegaorongliangdianxinchanpindefazhan，erdanjingcailiaodechuxianleweigaorongliangzhengjicailiaodekaifadakaiyigezhanxindefangxiang，suoweidanjingcailiaoshixiangduiyuchuantongdeercikelicailiaoeryande，chuantongdeNCM材料多為200-300nm的一次顆粒團聚而成的二次顆粒，而單晶材料則直接由直徑2-5um的獨立晶體構成，由於更高結晶度、更加穩定的層狀結構、各向異性特征，單晶材料無論是在循環性能，還是在熱穩定性，以及產氣量等指標上都要優於傳統的二次顆粒NCM材料[5]。

　　優勢1:循環性能提升

　　單晶材料良好的結構穩定性使得材料具有非常好的循環穩定性，以單晶NCM523為例，在40℃下循環300次（3-4.4V，C/2）後，單晶NCM523材料電池的容量保持率仍然可達98%，但是即便是通過Al2O3包覆處理的二次顆粒NCM523材料的容量保持率也僅有92%[5]，在55℃高溫條件下，這一差距將更加明顯（單晶>94%，二次顆粒<85%）。

　　優勢2:產氣量減少

　　近jin年nian來lai，隨sui著zhe動dong力li電dian池chi能neng量liang密mi度du的de持chi續xu提ti升sheng，能neng量liang密mi度du更geng高gao的de軟ruan包bao電dian池chi的de市shi場chang份fen額e也ye在zai逐zhu年nian擴kuo大da，相xiang比bi於yu硬ying殼ke電dian池chi，軟ruan包bao電dian池chi對dui於yu材cai料liao產chan氣qi更geng加jia敏min感gan，因yin此ci產chan氣qi量liang也ye是shi衡heng量liang材cai料liao穩wen定ding性xing的de重zhong要yao指zhi標biao之zhi一yi。通tong過guo浮fu充chong實shi驗yan能neng夠gou發fa現xian，單dan晶jing材cai料liao產chan氣qi量liang非fei常chang小xiao[5]，在4.4V、4.5V和4.6V電壓下浮充100h的產氣量僅為0.01、0.01和0.04ml，而同樣條件下Al2O3包覆的二次顆粒NCM523材料電池的產氣量則分別達到了0.07、0.27和0.62ml，這再次表明單晶材料在產氣上具有較大的優勢。

　　優勢3:熱穩定提高

　　近期多起電動汽車自燃事故，將電動汽車的安全性問題推上了風口浪尖，前麵我們已經介紹過隨著Ni含量的提高會導致材料的熱穩定性下降，而單晶材料由於晶體結構更加穩定，因此熱穩定性也會相應提高，O2釋放量實驗表明單晶NCM523材料不但在80℃附近沒有O2釋放，而且在200-350℃範圍內的O2釋放峰的溫度也要高於二次顆粒NCM523材料[5]，這也表明單晶材料在熱穩定上具有一定的優勢。

　　單晶材料在高電壓、高溫循環穩定性和熱穩定性，以及產氣量等方麵的優勢使其成為各大材料廠家爭相競爭的高地，國內的當升、巴莫和杉杉等主流的材料廠家都已經開始推出單晶NCM622和NCM523材料，但是單晶材料相比於二次顆粒材料，其容量發揮略低[5]，因此單晶NCM622材料並不能完全滿足高比能電池的需求，因此各大材料廠家已經積極開展容量更高的單晶NCM811材料的研製工作。

　　相比於NCM622和NCM523這些Ni含量相對較低的材料，高Ni體ti係xi的de單dan晶jing材cai料liao在zai製zhi備bei工gong藝yi難nan度du上shang顯xian著zhu提ti高gao，因yin此ci單dan晶jing材cai料liao的de研yan發fa工gong作zuo開kai展zhan並bing不bu順shun利li，目mu前qian僅jin有you少shao數shu的de幾ji家jia水shui平ping較jiao高gao的de材cai料liao廠chang商shang宣xuan稱cheng有you能neng力li研yan製zhi高gao鎳nie單dan晶jing三san元yuan材cai料liao，高gao鎳nie單dan晶jing材cai料liao也ye成cheng為wei了le衡heng量liang材cai料liao廠chang家jia技ji術shu水shui平ping的de重zhong要yao標biao準zhun，而er電dian池chi廠chang家jia有you能neng力li從cong事shi單dan晶jing材cai料liao研yan製zhi的de更geng是shi少shao數shu。

　　萬向一二三是國際頂級的動力電池生產商，憑借著在超級磷酸鐵鋰材料和高性能電池係統上深厚的技術積累牢牢占據著全球最大48V係統供應商這一寶座。從磷酸鐵鋰電池開始，“安全”就始終是萬向一二三電池研製工作的核心，在三元電池的研製中萬向也始終堅持“安全第一”的原則，為了解決三元鋰離子電池高能量密度和長壽命、gaoanquanxingzhijiandemaodun，wanxiangyezaozaokaizhanledanjinggaoniesanyuancailiaodebuju，touruledaliangderenlihewulijinxinggaoniedanjingcailiaoyanfagongzuo。jingguochangqidejichuyanfa，jinriwanxiangyiersandekexuejiamenchenggongzhibeiledanjinggaoniesanyuancailiao，qikerongliangkeda210mAh/g（扣式電池2.75-4.3V，0.1C），對標國內某知名材料廠家的Ni83單晶材料，萬向製備的單晶材料在容量上與其相當（207mAh/g），zaixunhuanshoumingshangwanxiangdegaoniedanjingcailiaojuyouxianzhudeyoushi。jingguochangqidejishujilei，wanxiangmuqianzaigaoniedanjingcailiaodeyanzhishangyijingyumuqianguoneizhuliucailiaogongyingshangchuyutongyishuiping。

　　單晶材料製備的核心在於燒結工藝，其中溫度的控製是核心，溫度過低不利於晶體充分生長，過高則容易在材料內部產生O缺陷，引起材料內Li/Ni混(hun)排(pai)的(de)增(zeng)加(jia)，影(ying)響(xiang)材(cai)料(liao)的(de)性(xing)能(neng)。萬(wan)向(xiang)的(de)科(ke)學(xue)家(jia)們(men)為(wei)了(le)促(cu)進(jin)晶(jing)體(ti)的(de)生(sheng)長(chang)，同(tong)時(shi)減(jian)少(shao)材(cai)料(liao)過(guo)燒(shao)的(de)風(feng)險(xian)，通(tong)過(guo)優(you)化(hua)配(pei)鋰(li)量(liang)和(he)燒(shao)結(jie)溫(wen)度(du)，製(zhi)備(bei)出(chu)結(jie)晶(jing)形(xing)態(tai)良(liang)好(hao)的(de)高(gao)鎳(nie)單(dan)晶(jing)三(san)元(yuan)材(cai)料(liao)。

　　jiemianwendingxingshichangqiyilaikunraogaoniecailiao，tebieshigaodianyagaoniecailiaoyingyongdehexinwenti，weilejianshaogaoniezhengjicailiaodejiemianfufanying，biaomianbaofushijiaoweichangyongdefangfa，changjiandebaofucailiaobaokuolinsuanyantixi、氧化物體係和氟化物體係等[5，6]，表麵包覆能夠顯著的減少電解液在正極表麵的分解，達到提升循環性能的目的。萬向的工程師們采用多種元素對單晶NCM811cailiaobiaomianjinxingbaofuchuli，tongguobaofucailiaoyubiaomiancanjianzhijiandefanying，yifangmianjiangdibiaomiancanjian，lingyifangmianxingchengdekuailizidaoticeng。kuailizidaotijuyoujiaogaodelilizidaodianxing，budankeyitishengcailiaodebeilvxingneng，tongshibaofucengyeyizhiledianjieyezaizhengjibiaomiandefenjie，congergaishandanjingcailiaodexunhuanshouming。jingguobaofuchulihoudedanjingNCM811cailiaozaixunhuanxingnengshangyaoxianzhuyouyuweibaofudanjingcailiao。yumouguoneigongyingshangdedanjingcailiaohengxiangduibi，wanxiangdebaofudanjingcailiaodexunhuanxingyejubeijiaodadeyoushi，zhebiaomingwanxiangyiersanzaidanjingcailiaobiaomianbaofuchuligongyishangyijingqudelezhongyaojinzhan。

　　材cai料liao是shi影ying響xiang鋰li離li子zi電dian池chi性xing能neng的de核he心xin因yin素su，在zai磷lin酸suan鐵tie鋰li電dian池chi中zhong萬wan向xiang正zheng是shi憑ping借jie著zhe超chao級ji磷lin酸suan鐵tie鋰li材cai料liao專zhuan利li技ji術shu形xing成cheng了le獨du特te的de競jing爭zheng優you勢shi，成cheng為wei全quan球qiu頂ding級ji的de動dong力li電dian池chi供gong應ying商shang。在zai三san元yuan電dian池chi的de研yan製zhi中zhong萬wan向xiang也ye秉bing承cheng了le這zhe一yi優you秀xiu傳chuan統tong，注zhu重zhong技ji術shu的de領ling先xian性xing，提ti早zao進jin行xing技ji術shu儲chu備bei。雖sui然ran目mu前qian單dan晶jing材cai料liao的de市shi場chang份fen額e還hai相xiang對dui較jiao小xiao，但dan是shi在zai高gao比bi能neng、長chang壽shou命ming和he高gao安an全quan等deng多duo重zhong需xu求qiu推tui動dong下xia，單dan晶jing高gao鎳nie材cai料liao將jiang逐zhu漸jian成cheng為wei高gao鎳nie三san元yuan材cai料liao的de主zhu流liu選xuan擇ze。萬wan向xiang一yi二er三san作zuo為wei國guo際ji主zhu流liu動dong力li電dian池chi供gong應ying商shang積ji極ji布bu局ju單dan晶jing高gao鎳nie材cai料liao的de研yan發fa，在zai單dan晶jing材cai料liao燒shao結jie工gong藝yi和he表biao麵mian包bao覆fu處chu理li等deng關guan鍵jian技ji術shu方fang麵mian率lv先xian實shi現xian突tu破po，實shi現xian了le關guan鍵jian技ji術shu自zi主zhu可ke控kong，未wei來lai經jing過guo百bai公gong斤jin級ji放fang大da實shi驗yan的de探tan索suo後hou，萬wan向xiang一yi二er三san可ke以yi通tong過guo與yu供gong應ying商shang合he作zuo生sheng產chan的de方fang式shi生sheng產chan單dan晶jing高gao鎳nie三san元yuan材cai料liao，進jin一yi步bu提ti升sheng電dian芯xin的de能neng量liang密mi度du、循(xun)環(huan)壽(shou)命(ming)和(he)安(an)全(quan)性(xing)，並(bing)實(shi)現(xian)電(dian)芯(xin)成(cheng)本(ben)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)，形(xing)成(cheng)自(zi)己(ji)獨(du)特(te)的(de)競(jing)爭(zheng)力(li)。如(ru)此(ci)優(you)異(yi)的(de)電(dian)池(chi)何(he)時(shi)才(cai)能(neng)推(tui)出(chu)呢(ne)？各(ge)位(wei)看(kan)官(guan)不(bu)要(yao)著(zhe)急(ji)，根(gen)據(ju)萬(wan)向(xiang)一(yi)二(er)三(san)的(de)產(chan)品(pin)規(gui)劃(hua)，能(neng)量(liang)密(mi)度(du)更(geng)高(gao)的(de)811材料動力電池產品有望在2020年推出，屆時新能源汽車的續航裏程等指標將迎來進一步的提升。

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