锂离子电池三元正极材料有哪些？

一、高性能，低成本——NCM811成新一代型锂离子电池市场新宠

 

在前不久举办的素有“国际汽车潮流风向标”之称的日内瓦车展上，韩国的现代汽车正式展出了一款纯电动SUV汽车——Kona EV，该车型将提供短续航和长续航两个版本，最大功率分别可达到99kW和150kW，续航里程分别可达到300公里和470公里，对应的电池包容量分别为39.2kwh和64kwh。新车预计在2019年正式上市销售，售价将低于4W美元。

 

据悉， Kona EV 的电池由LG化学提供，采用的是NCM811（也称NMC811）聚合物锂离子电池，这也是首款搭载NCM811电芯的新能源汽车。

 

这一信息的出现，再加上2018年我国出台的《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》里面进一步明确，“高续航里程和高能量密度的新能源汽车是未来政策补贴考核的方向”，这些利好消息极大地调动了国内关注NCM811或已经开始布局NCM811电极材料生产厂家的积极性。

 

NCM811是一种高镍的新型锂离子电池材料——三元镍钴锰（NCM）的正极材料，其化学式为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。该材料是近年来开发出的一类新型锂离子电池正极材料，具有能量密度高、循环稳定性好、成本适中等优点，与目前市场上常见的几种锂离子电池正极材料相比，其在性能方面的优势显而易见（比较情况见下表）：

 

表1 几类典型锂离子电池正极材料性能比较

 

 

从表中可以看出，三元镍钴锰正极材料(NCM)综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三种层状材料的优点；由于Ni 、Co和Mn之间存在明显的协同效应，所以NCM的性能要好于单一组分的层状正极材料；同时NCM又比LiFePO4有更高的比容量，这也是NCM被认为是最有应用前景的新型正极材料之一的重要原因。

 

镍钴锰三元材料本身也是一个大“家族”，根据Ni、Co、Mn之间的比例不同，又分支出一系列的材料，如NCM111(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、 NCM433(LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2)、NCM424(LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2)、NCM523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)、NCM622(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、NCM811等。与其它几种镍钴锰三元正极材料相比, NCM811的镍钴锰比例为8:1:1，镍的比例进一步提高，电池的能量密度更高（最高可达280mAh/g），电池的性能也相应提高，而成本却相应降低等等。正是凭借这些优势，NCM811被认为是下一代动力电池的重要发展方向，而现代推出的Kona EV最新纯电动汽车也印证了这一点。

 

二、市场大，产量小——国内生产商积极扩大NCM811生产线

 

其实，此前已经有企业尝试生产NCM811材料，不过当时的NCM811材料主要是用于小型电动工具，所以产量不大。虽然不少电极材料生产厂家早就希望NCM811材料真正实现量产，但事实上真正的规模化生产才刚刚起步。

 

目前，我国主要的几个NCM811制造厂家的具体生产情况如下：

 

杉杉能源：在去年底宣布月产100吨的宁乡基地高镍产线顺利投产（据悉就是生产NCM811材料），以及宁夏石嘴山基地三元622/811“交钥匙工程”年产7200吨，按照当时公布的信息，该共用生产线应在今年3月达到生产设计能力。

 

容百锂电：在今年一月份的战略发布会上，该企业宣布其在高镍811产品上取得了突破性的进展，由2016年小规模量产的出货量跃升至2017年全球出货量第一。另有预测其在2018年的NCM811+NCA的月销量将达800-1800吨。

 

当升科技：因为NCM811的概念，该企业这几年在资本市场获得了极大的关注，吸引了三倍投资进行生产扩建，但综合各方面的信息发现，直到今年二月份，才有消息显示其NCM811产品开始批量生产；另外当升科技表示，今年将新增4,000吨/年的高镍多元材料产能，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。

 

亿纬锂能：该企业自从2012年起就开始推广非车用NCM811及NCA，至今已经有接近6年的量产经验。

 

格林美：早前，该企业曾表示，会在2017年推出811型、NCA等高镍产品，但直到今年4月，该企业在某论坛的回复中还只是说高镍三元产品正在通过主流客户的论证和批量使用。

 

天津巴莫：据公开信息显示，该企业2017年年产5000吨高镍材料的生产线投产，目前已经实现向国际大客户批量提供NCM811。

 

从以上信息可以看出，市场对NCM811的期望值很高，需求量很大，而由于目前量产NCM811的企业并不多，所以市场整体仍处于供不应求的状态。

 

三、方法多，空间大——新型改性技术值得开发

 

NCM811真正实现量产，与其制备生产技术的发展密切相关，下面我们就从专利角度分析一下NCM811的制备生产技术的发展情况：