2021年3月18日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合電池中國(guó)網(wǎng)共同舉辦的第二屆新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池（CIBF深圳）國(guó)際交流會(huì)在深圳隆重召開(kāi)。大會(huì)期間，蜂巢能源科技有限公司材料事業(yè)部總經(jīng)理李子郯以《無(wú)鈷正極材料技術(shù)與應(yīng)用》為題發(fā)表了主題報(bào)告。

以下為演講實(shí)錄：

我是蜂巢能源材料事業(yè)部李子郯，今天主要是給大家分享蜂巢能源無(wú)鈷正極材料的開(kāi)發(fā)進(jìn)展和應(yīng)用。無(wú)鈷材料從廣義來(lái)說(shuō)是分4種：1.鈷酸鋰；2.磷酸鐵鋰；3.立方晶體；4.高電壓型5V立方晶體。今天我講的是三元層狀結(jié)構(gòu)的無(wú)鈷材料，就是把鈷去掉。

（圖）這是材料的結(jié)構(gòu)，屬于六方晶體，這是鈷酸鋰和三元的結(jié)構(gòu)，有金屬層、鋰金屬層，從排布來(lái)看，這種排布是最低能量，4價(jià)鎳是很活潑了。最右邊是三元的熱擴(kuò)散圖，從鈷、鎳、錳三種元素合成的材料，顏色越紅越穩(wěn)定，所以，我們開(kāi)始進(jìn)行無(wú)鈷材料、二元材料的設(shè)計(jì)就是下面這一條線(xiàn)路，錳和鎳，沒(méi)有鈷，50%是鎳，50是錳是最穩(wěn)定的。我們就從黑色、深藍(lán)到淺藍(lán)的鎳錳的比例來(lái)設(shè)計(jì)這一款材料。

隨著鎳含量的升高，容量非常高，但是無(wú)鈷材料因?yàn)闆](méi)有鈷，錳多了，自然會(huì)帶來(lái)2價(jià)鎳就多了，2價(jià)鎳混排就比較嚴(yán)重了，大家可以看一個(gè)數(shù)據(jù)，2元無(wú)鈷的鋰鎳混排還是比較多了，跟三元材料相比，容量還是偏低的。

（圖）這是我們公司二元無(wú)鈷材料開(kāi)發(fā)過(guò)程，這是國(guó)際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)無(wú)鈷材料的開(kāi)發(fā)過(guò)程，2003年開(kāi)始，日本就開(kāi)發(fā)了5050的鎳錳酸鋰，但循環(huán)比較差。2006年，采用離子交換法開(kāi)發(fā)第一鎳鋰混排的5050材料，容量高達(dá)183毫安/克。去年北大做了高錳系的，容量高達(dá)250以上，這就屬于富鋰錳級(jí)的范疇了。同一年，開(kāi)發(fā)了5644的，他們認(rèn)為含鎳量5644比5050的情況更好。2015年，大家對(duì)于高鎳熱穩(wěn)定性都不是很滿(mǎn)意，但從學(xué)術(shù)上看，對(duì)于90以上的三元材料有鈷和沒(méi)鈷，大家覺(jué)得有鈷的安全性更好一些，從他們的研究得出來(lái)的結(jié)論，有鈷反而不好，還不如鎳和錳。2020年，鎳90NCM和NCA，沒(méi)有鈷比有鈷的好多了。最近南理工的項(xiàng)教授做的也是，他們做的是富鋰錳級(jí)的，容量循環(huán)1400還能保持97%以上，這是做得非常好的。

下面介紹我們公司二元無(wú)鈷材料的開(kāi)發(fā)進(jìn)展，我們是從前軀體、元素比例、包覆、摻雜進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)定一個(gè)鎳錳比例，再尋找前軀體，摻雜，摻雜非常重要，因?yàn)闆](méi)有鈷了，要想辦法找一種或者是幾種摻雜元素來(lái)穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)。所有正極材料都需要包覆，液態(tài)電解液，尤其是高電壓情況下必須要找到合適的，離子擴(kuò)散系數(shù)都要非常好的包覆材料。

（圖）這是我們開(kāi)發(fā)的高鎳90系的多晶無(wú)鈷材料，它的容量是到200以上，而且5日多循環(huán)，能保持在97%以上。熱穩(wěn)定性與811差不多。

（圖）第二種是單晶高電壓方面發(fā)展，把鎳含量進(jìn)一步降低，鎳保持在70-80%之間，錳在20-30%，讓它適應(yīng)在4.3V以上。這是單晶體形貌，可以發(fā)現(xiàn)顆粒分散度非常好，表面包覆非常均勻，如果要看更細(xì)節(jié)可以看透射照片了。在扣電狀態(tài)下，在50次循環(huán)在97左右，DSC溫度要高20%度左右。

下面介紹高電壓?jiǎn)尉o(wú)鈷材料在全電的發(fā)揮情況。這是我們公司電池團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的MED115A/時(shí)的測(cè)試情況，大家可以看到常規(guī)循環(huán)基本上預(yù)計(jì)是大于2500次，45度高溫循環(huán)也是在1200次以上。

（圖）這是內(nèi)阻情況。10%的情況下常溫內(nèi)阻是可以，20%、50%、5%，在25%長(zhǎng)度10秒放電，放電功率會(huì)大于2000瓦。

下面介紹一下無(wú)鈷電池的安全性的數(shù)據(jù)，這張圖片是展示熱箱時(shí)延，130攝氏度熱箱沒(méi)有起火爆炸。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是提高20攝氏度，在150攝氏度的情況下，測(cè)試后反轉(zhuǎn)盤(pán)是反轉(zhuǎn)了，但是沒(méi)有起火和爆炸。過(guò)充，是用140%的過(guò)充條件，反轉(zhuǎn)了，但是沒(méi)有起火。這是針刺，針刺了5層也是沒(méi)有起火和爆炸，電池還是非常完好，大家可以看到極片，除了針刺之外，其他沒(méi)有什么大的變化。短路，測(cè)試條件，滿(mǎn)電，60度情況下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，反轉(zhuǎn)盤(pán)也沒(méi)有打開(kāi)。

下面介紹無(wú)鈷正極材料的發(fā)展方向，有三個(gè)方向：1.繼續(xù)層狀二元無(wú)鈷；2.無(wú)鈷富鋰正極，現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)，低鎳和無(wú)鎳的材料，從260到300毫安/時(shí)/克；3.尖晶石的方向，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室是130毫安/時(shí)/克，這個(gè)循環(huán)性能非常好。

下面簡(jiǎn)單介紹一下蜂巢能源公司的情況，蜂巢能源脫胎于長(zhǎng)城汽車(chē)的動(dòng)力電池事業(yè)部，2018年獨(dú)立出來(lái)了，發(fā)展到現(xiàn)在，是以電芯和模組為主業(yè)，往上的正極材料、礦產(chǎn)資源，往下的儲(chǔ)能、光伏等全產(chǎn)業(yè)鏈路的布局。發(fā)展到現(xiàn)在，員工是3000+，研發(fā)人員占比達(dá)到52%，外聘專(zhuān)家是500，研發(fā)投入每年將近30億，計(jì)劃2050年要突破2G瓦時(shí)的產(chǎn)能建設(shè)。

（圖）這是河北保定的研發(fā)中心、這是無(wú)錫的研發(fā)中心，在國(guó)內(nèi)是雙研發(fā)中心。這是常州的工廠，電芯是分三期，正極材料也是分三期，建完為止，正極材料可以達(dá)到2.5-3萬(wàn)噸/年。同時(shí)，在今年建設(shè)馬鞍山工廠、遂寧工廠和湖州工廠，陸續(xù)在開(kāi)工建設(shè)，感謝大家的聆聽(tīng)。

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載?。?/span>

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