鎳基正極材料（NCM/NCA）正不斷取代LMO/LFP的市場

摘要

過去十年，鎳基正極材料（NCM/NCA）正不斷取代LMO/LFP的市場，已經(jīng)成為電動(dòng)乘用車用鋰離子電池化學(xué)體系的主流選擇。

正極材料是制約鋰電池發(fā)展的最大障礙。無論是電池中能量密度的提升以及成本的降低，正極材料起著關(guān)鍵性作用。

過去十年，鎳基正極材料（NCM/NCA）正不斷取代LMO/LFP的市場，已經(jīng)成為電動(dòng)乘用車用鋰離子電池化學(xué)體系的主流選擇。

產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，要使電動(dòng)汽車性價(jià)比達(dá)到最佳，電池Pack能量密度應(yīng)達(dá)到235Wh/Kg及500Wh/L，價(jià)格為100美元/KWh，屆時(shí)單體電池能量密度將達(dá)到350Wh/Kg/750 Wh/L，價(jià)格為75美元/KWh。

為了達(dá)到這一目標(biāo)，除了依賴于電池系統(tǒng)組裝技術(shù)進(jìn)步、電池控制系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)的進(jìn)步之外，電池化學(xué)體系的技術(shù)進(jìn)步將顯得更為關(guān)鍵，通過化學(xué)體系的改變，能夠直接提高電池的能量密度、通過使用廉價(jià)元素降低電池成本。

對(duì)于動(dòng)力電池而言，需要考慮能量密度、功率、安全以及壽命等因素，想要在這些點(diǎn)保持平衡也是未來電池設(shè)計(jì)的重大挑戰(zhàn)。不僅需要精細(xì)的調(diào)整電池材料的組分、微觀形貌、結(jié)構(gòu)以及表面特征，還需要考慮電極厚度以及電極孔隙率等多方面因素。

中科院物理研究所黃學(xué)杰近期分享了其對(duì)“長續(xù)航、低成本和快充型鋰離子電池新型正負(fù)極材料技術(shù)”的理解及思考。

在長續(xù)航低成本的正極材料上，黃學(xué)杰重點(diǎn)介紹了高電壓鎳錳酸鋰材料。

數(shù)據(jù)顯示，該材料的電壓可以達(dá)到4.7v，可逆容量達(dá)135mAh/g,材料比能量達(dá)635wh/kg,與石墨負(fù)極配套的電池比能量達(dá)240wh/kg,高于磷酸鐵鋰和錳酸鋰，具備比能量較高、成本更低、安全性較好等明顯優(yōu)勢。

黃學(xué)杰團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)顯示，而通過材料改性，該材料可以在25℃下，100周循環(huán)容量保持率達(dá)99.24%，35℃下100周容量保持率達(dá)98.65%，優(yōu)于三元材料，可以解決其壽命問題。

目前已經(jīng)在松山湖建立500kg級(jí)的中試線。

在負(fù)極材料上，黃學(xué)杰重點(diǎn)介紹了錫基負(fù)極材料，該材料可逆容量可以達(dá)到600 mAh/g，高于傳統(tǒng)的石墨材料。

同時(shí)，該材料基于碳納米管結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，倍率性高，循環(huán)性能好的特點(diǎn)。黃學(xué)杰介紹，通過碳包覆的錫納米負(fù)極材料，在嵌鋰后結(jié)構(gòu)完整，而且錫的體積膨脹明顯小于理論體積膨脹率（260%），循環(huán)50周后碳管結(jié)構(gòu)完整大部分依舊保持碳包覆的錫納米線形狀。

此外，該還能進(jìn)一步和硅材料結(jié)合提升比能量。目前也已經(jīng)處于逐步走向產(chǎn)業(yè)化階段。

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