新一代高比能正极材料产业化为何那么难?

时间:2017-12-5 15:21:00 来源:高工锂电网 添加人:admin

  当前,磷酸铁锂和三元材料已经成为动力锂电池的两大技术路线,但在更高能量密度的追求之下,具备高电压、高容量优势的富锂锰基、高电压镍锰酸锂、磷酸锰锂和镍酸锂等新一代正极材料成为业内的研究热点。

  近日业内传来关于新一代动力锂电池正极材料研究取得重要进展的好消息,甚至已经实现了批量生产。然而,高工锂电网经过多方调研之后发现,新一代动力锂电池正极材料的研发进展与实际产业化应用还存在较远的距离。

  红宝丽发布公告称,公司控股子公司红宝丽集团南京锂泰能源科技有限公司建设的年产2000吨锂离子电池正极材料磷酸锰锂项目首条生产线已完成安装、调试与试生产,产品符合设计要求。目前,产品已送锂离子电池客户进行性能测试。

  据了解,磷酸锰锂正极材料由于具备171mAh/g的理论储锂容量和高达4.1V的放电平台,相比磷酸铁锂正极材料具有更高的比能量优势因而被认为拥有良好的产业化前景,当前也有大批正极材料企业和动力电池企业对其进行研究。

  但业内人士表示,磷酸锰锂材料要导入动力电池应用还需要克服多重困难,距离大规模产业化还存在一定距离。

  “磷酸锰锂材料的库仑效率比较低,循环寿命差,目前国内还没有在动力电池中应用,还处于实验室研究阶段。”一位动力电池企业高层对高工锂电网表示,除了材料本身性能不成熟之外,与之相匹配的高电压电解液还没有量产,也是阻碍其商业化应用的重要原因。

  据了解,除了磷酸锰锂材料之外,包括富锂锰基、高电压镍猛酸锂等新一代正极材料的产业化也被高电压电解液拖了后腿。

  “高电压镍猛酸锂材料产业化的主要障碍之一就是和其配合的高电压电解液还不成熟,国内电解液制造商在高电压电解液的研发方面不够重视。”成都兴能新材料有限公司范未峰告诉高工锂电,镍锰酸锂材料具有尖晶石结构比较稳定,目前已经可以量产,但目前市场上还没有开发出成熟的与之配合应用的高电压电解液,从而影响了高电压镍锰酸锂在市场上的应用。

  范未峰表示,目前成都兴能已经实现了高电压镍锰酸锂的量产,同时在搭配不同的负极材料进行实验性验证研究,该产品将成为公司未来几年的重点开发产品。

  与高电压镍锰酸锂和磷酸锰锂材料相比,业内对比容量更高的富锂锰基材料的研发更为广泛。

  由于富锂锰基材料放电比容量高达300mAh/g,具有成本低、容量高、无毒安全等优点,被认为是实现高能量密度和长续航里程的新一代动力锂电池正极材料的理想之选。当前主流正极材料企业和动力电池企业都在进行富锂锰基材料的研究开发,尽管已经取得了一些进展但距离产业化还相去甚远。

  “富锂锰基材料的研究其实非常早,在研究的企业也很多,但直到目前都还没有实现商业化应用,循环寿命太低是致命缺陷,大多数还处于实验室研究阶段。”天津力神副总工程师苏金然指出,尽管富锂锰基的克容量很高但循环寿命太低,尽管现在有很多企业采用多元素掺杂和表面包覆等方法去解决这个问题,但结果并不理想。

  “富锂锰基材料的循环寿命太短,衰减速度特别快,当前磷酸铁锂和三元材料的循环次数都能达到2000-3000周以上,但现在富锂锰基的循环次数只能达到200-300周左右,差一点的甚至不到100周,目前还没有商业化应用。”天津斯特兰副总经理李积刚向高工锂电表示。

  富锂锰基循环寿命低与其材料本身结构有关,存在先天缺陷,以前业内对该材料的研究比较少,但近年来随着研发投入的增加、技术升级、新的研究路径的出现、制备工艺提升和新材料导入应用等,相信富锂锰基材料的性能会得到提升,但需要一定的时间。

  业内人士认为,当前这些新一代正极材料的产业化都遇到了材料性能自身缺陷尚未解决和匹配材料研发进展缓慢的限制,距离成熟的商业化应用还存在一定的距离,但预计未来2-3年可能会出现重大突破。

  与之相比,高镍三元材料和NCA材料在国内的商业化应用会更快一些。截至目前,包括杉杉能源、宁波金和、天津巴莫、当升科技、国轩高科、天津力神等企业都宣布公司的高镍产品已经完成中试,甚至开始量产且批量供货。

  以下是4种新一代动力锂电池正极材料的研发进展情况:

  富锂锰基

  ➤江特电机:富锂锰基正极材料产能年产1200吨

  2009年,江特电机发布公告,决定出资设立江西江特锂电池材料有限公司,主要从事锂离子电池正极材料即三元材料和富锂锰基正极材料的批量生产。

  2011年1月,江特电机发布公告称,公司控股子公司江西江特锂电池材料有限公司研发的富锂锰基正极材料经省级鉴定达到国际先进水平,可以投入批量生产。

  2011年2月,江特电机发布公告称,公司控股子公司江西江特锂电池材料有限公司年产500吨动力锂电池富锂锰基正极材料项目获得国家补助资金160万元资助,该项目总投资3650万元。

  2012年,江特电机在深交所投资者关系互动平台上表示,目前公司募投项目富锂锰基正极材料项目订单较为充裕,今年3月份上述项目将全部建成投产。

  2016年,江特电机表示,子公司目前富锂锰基正极材料产能年产1200吨。

  ➤当升科技:一种锂电池富锂锰基正极材料前驱体制备方法获得国家专利

  9月,当升科技发布公告称,公司于2011年12月29日申请的“一种锂离子电池富锂Mn基正极材料前驱体的制备方法”发明专利,已于近期获得中华人民共和国国家知识产权局颁发的发明专利证书。

  目前,该发明专利尚未应用于公司实际生产中。

  高电压镍猛酸锂

  ➤成都兴能:高电压镍猛酸锂材料已经实现量产

  成都兴能子公司四川兴能新材料有限公司研发的高电位、长寿命的正极材料镍锰酸锂于2013年通过了四川省科技厅组织的科技成果鉴定,该项科技成果达到了国际领先水平,获得100万元经费支持。

  该材料现已实现产业化,公司具备年产1000吨高电压镍猛酸锂材料的生产能力。

  ➤集创云天:年产万吨级高电压镍猛酸锂材料项目落户湖北红安

  10月,由深圳市集创云天新材料有限公司与红安县投资建设的新一代高电压镍锰酸锂电池正极材料项目在红安县正式开工,将成为全球最大的镍锰酸锂电池正极材料基地。该项目总投资6.5亿元,计划建成6条新能源材料自动化生产线,全部建成后年产能将达到1.8万吨,预计可实现年销售收入约40亿元,实现年税收约2亿元。

  磷酸锰锂

  ➤红宝丽:年产2000吨磷酸锰锂材料产线完成试生产

  11月,红宝丽发布公告,公司控股子公司红宝丽集团南京锂泰能源科技有限公司建设的年产2000吨锂离子电池正极材料磷酸锰锂项目首条生产线已完成安装、调试与试生产,产品符合设计要求。目前,产品已送锂离子电池客户进行性能测试。

  镍酸锂

  ➤庄信万丰:增强型镍酸锂正极材料进入中试阶段

  庄信万丰表示,经过三年的试验,公司增强型镍酸锂在制造工艺上已趋于成熟,其安全、循环等性能指标也基本满足了技术要求,已经进入了中试阶段,将于明年正式量产,目前已经送样给多家电池企业。同时,投资18亿元生产10000mt增强型镍酸锂,并预计在2021-2022财年时出现在电动汽车上。

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