300Wh/kg能量密度成功突破 中国NCA三元电池进入高能量密度3.0时代-独家观察-电池中国网
近日，除尘烟雾收集罩我国在高镍正极材料及动力电池单体开发方面获重大突破，天津力神电池股份有限公司研发出一种NCA三元高比能量动力锂电池，能量密度超过300wh/kg，引发业界关注。根据国家工信部《汽车产业中长期发展规划》，要求2020年动力电池单体能量密度达到300Wh/kg，成为业界努力攻关的目标之一。天津力神高比能量电池研发的成功，令整个业界为之一振，也将中国NCA三元电池带入高能量密度3.0时代。
据电池中国网了解，天津力神在氧化镍钴铝锂（NCA）正极材料前期研究基础上，开发高比能量、长循环寿命、良好安全性能的锂离子动力电池用高镍系正极材料；通过纳米制备、纳米分散、包覆及预嵌锂等多种技术，研制容量高、首次效率高、循环稳定性及倍率性能好的硅碳负极材料。
据悉，天津力神基于该体系开发了电芯单体的比能量达到302wh/Kg，体积能量密度大于642Wh/L，25℃下1C充放电循环710次（100%DOD），容量保持率达到80%；同时通过优化电解液配方，循环性能明显改善，目前循环285次（100%DOD）容量保持率高达96%。这一工作为开发出比能量300Wh/kg、循环寿命1500次的锂离子电池单体奠定了基础。
近几年，高能量密度的要求促使国内电池企业不断向高镍三元材料布局。据电池中国网了解，磷酸铁锂材料受到本身性能的限制，以目前的技术难以在2020年达到国家相关规划中对能量密度的要求，三元的NCM 111和NCM 523等材料也很难预期达到单体能量密度300wh/kg的目标。目前主流的NCM 523 可以达到160-200wh/kg，而NCM 622 和NCM 811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg。所以要实现对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长，必须要大力发展高镍三元材料。
高镍三元材料主要指镍含量高的三元材料，目前常见的有NCM622、NCM811和NCA。在高镍三元材料中，Ni 主要的作用是提供容量，含量越高电池的能量密度越大；而Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构；Mn/Al主要用来稳定结构，三者协同作用，共同发挥出三元材料高能量密度、较低成本等优点。
在国家政策要求、新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的多重刺激之下，高镍体系的NCM 811和NCA材料已经成为国内动力电池企业积极布局的热点，而从市场情况来看，大多数企业选择了NCM 811路线，而非NCA路线。
据悉，当升科技NCM 811产品目前年产能为4000吨，三期工程计划1.8万吨/年高镍多元材料产能，将于2018年至2020年间陆续建成投产；国轩高科表示已经开发出三元811材料软包电芯，能量密度能够达到302wh/kg；杉杉能源2017年底宣布月产100吨的宁乡基地NCM 811产线顺利投产；亿纬锂能表示，自从2012年起就已开始推广非车用NCM 811；天津巴莫2017年年产5000吨高镍材料产线投产，目前已经实现向国际大客户批量提供NCM 811。据电池中国网了解，宁波金和、厦门钨业、天力锂能等高镍811项目也在稳步推进。
而三元NCA 材料，由于国内起步比较晚，技术水平较国外企业有很大的差距，NCA目前产能主要集中在日本和韩国。NCA主要的供应商有日本的住友金属(Sumitomo)、日本化学产业株式会社和户田化学(Toda)，韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售。其中，户田化学主要供应日本AESC和韩国LGC，住友金属主要供应松下和PEVE，韩国的Ecopro对应客户为SDI。数据显示，2017年中国电动汽车市场实现锂离子电池装机总量33.55GWh，其中磷酸铁锂电池装机16.33GWh，NCM三元电池实现装机15GWh，而NCA三元电池装机量仅为286.5MWh。
国内NCA技术路线没有发展起来，除了起步晚，还与三元NCA 材料的生产技术壁垒较高有很大关系。在NCA材料中以Al代替锰，实际是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性，离子掺杂可以增强材料的稳定性，提高材料的循环性能。但是在制作过程中，由于Al为两性金属，不易沉淀。NCA电池需要纯氧环境、加工成本较高，在电池生产全过程均要控制湿度在10%以下，这些对国内企业都存在很大挑战。
所以，此次天津力神在高镍NCA正极材料方面的重大突破给中国的电池企业注入了一剂强心剂。而据电池中国网了解，国内企业如贝特瑞NCA技术已具备量产条件，目前在深圳有3000吨高镍正极材料产能，已实现向松下等客户销售，后续将在江苏常州新建1.5万吨高镍正极材料生产线。另外，上海德朗能、杉杉能源和容百锂电也都对外宣称，具备规模化生产NCA材料的能力。
电池中国网认为，虽然NCA材料具有高技术壁垒，国内企业要实现与日韩企业的抗衡还面临诸多挑战，但是相信在中国这个全球最大的动力电池市场，随着国内企业的不断赶超和技术积累，未来几年内必将迎来高镍电池生产的爆发期，也必定会产生全球领先的本土NCA电池企业巨头。
