新一代高比能正極材料產(chǎn)業(yè)化仍需克服重重困難

近日業(yè)內(nèi)傳來關(guān)于新一代動力鋰電池正極材料研究取得重要進(jìn)展的好消息，甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。然而，高工鋰電網(wǎng)經(jīng)過多方調(diào)研之后發(fā)現(xiàn)，新一代動力鋰電池正極材料的研發(fā)進(jìn)展與實(shí)際產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還存在較遠(yuǎn)的距離。

紅寶麗發(fā)布公告稱，公司控股子公司紅寶麗集團(tuán)南京鋰泰能源科技有限公司建設(shè)的年產(chǎn)2000噸鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰項目首條生產(chǎn)線已完成安裝、調(diào)試與試生產(chǎn)，產(chǎn)品符合設(shè)計要求。目前，產(chǎn)品已送鋰離子電池客戶進(jìn)行性能測試。

據(jù)了解，磷酸錳鋰正極材料由于具備171mAh/g的理論儲鋰容量和高達(dá)4.1V的放電平臺，相比磷酸鐵鋰正極材料具有更高的比能量優(yōu)勢因而被認(rèn)為擁有良好的產(chǎn)業(yè)化前景，當(dāng)前也有大批正極材料企業(yè)和動力電池企業(yè)對其進(jìn)行研究。

但業(yè)內(nèi)人士表示，磷酸錳鋰材料要導(dǎo)入動力電池應(yīng)用還需要克服多重困難，距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還存在一定距離。

“磷酸錳鋰材料的庫侖效率比較低，循環(huán)壽命差，目前國內(nèi)還沒有在動力電池中應(yīng)用，還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段?！币晃粍恿﹄姵仄髽I(yè)高層對高工鋰電網(wǎng)表示，除了材料本身性能不成熟之外，與之相匹配的高電壓電解液還沒有量產(chǎn)，也是阻礙其商業(yè)化應(yīng)用的重要原因。

據(jù)了解，除了磷酸錳鋰材料之外，包括富鋰錳基、高電壓鎳猛酸鋰等新一代正極材料的產(chǎn)業(yè)化也被高電壓電解液拖了后腿。

“高電壓鎳猛酸鋰材料產(chǎn)業(yè)化的主要障礙之一就是和其配合的高電壓電解液還不成熟，國內(nèi)電解液制造商在高電壓電解液的研發(fā)方面不夠重視。”成都興能新材料有限公司范未峰告訴高工鋰電，鎳錳酸鋰材料具有尖晶石結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，目前已經(jīng)可以量產(chǎn)，但目前市場上還沒有開發(fā)出成熟的與之配合應(yīng)用的高電壓電解液，從而影響了高電壓鎳錳酸鋰在市場上的應(yīng)用。

范未峰表示，目前成都興能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高電壓鎳錳酸鋰的量產(chǎn)，同時在搭配不同的負(fù)極材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性驗(yàn)證研究，該產(chǎn)品將成為公司未來幾年的重點(diǎn)開發(fā)產(chǎn)品。

與高電壓鎳錳酸鋰和磷酸錳鋰材料相比，業(yè)內(nèi)對比容量更高的富鋰錳基材料的研發(fā)更為廣泛。

由于富鋰錳基材料放電比容量高達(dá)300mAh/g，具有成本低、容量高、無毒安全等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高能量密度和長續(xù)航里程的新一代動力鋰電池正極材料的理想之選。當(dāng)前主流正極材料企業(yè)和動力電池企業(yè)都在進(jìn)行富鋰錳基材料的研究開發(fā)，盡管已經(jīng)取得了一些進(jìn)展但距離產(chǎn)業(yè)化還相去甚遠(yuǎn)。

“富鋰錳基材料的研究其實(shí)非常早，在研究的企業(yè)也很多，但直到目前都還沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，循環(huán)壽命太低是致命缺陷，大多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段?！碧旖蛄ι窀笨?a target="_blank">工程師蘇金然指出，盡管富鋰錳基的克容量很高但循環(huán)壽命太低，盡管現(xiàn)在有很多企業(yè)采用多元素?fù)诫s和表面包覆等方法去解決這個問題，但結(jié)果并不理想。

“富鋰錳基材料的循環(huán)壽命太短，衰減速度特別快，當(dāng)前磷酸鐵鋰和三元材料的循環(huán)次數(shù)都能達(dá)到2000-3000周以上，但現(xiàn)在富鋰錳基的循環(huán)次數(shù)只能達(dá)到200-300周左右，差一點(diǎn)的甚至不到100周，目前還沒有商業(yè)化應(yīng)用。”天津斯特蘭副總經(jīng)理李積剛向高工鋰電表示。

富鋰錳基循環(huán)壽命低與其材料本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，存在先天缺陷，以前業(yè)內(nèi)對該材料的研究比較少，但近年來隨著研發(fā)投入的增加、技術(shù)升級、新的研究路徑的出現(xiàn)、制備工藝提升和新材料導(dǎo)入應(yīng)用等，相信富鋰錳基材料的性能會得到提升，但需要一定的時間。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，當(dāng)前這些新一代正極材料的產(chǎn)業(yè)化都遇到了材料性能自身缺陷尚未解決和匹配材料研發(fā)進(jìn)展緩慢的限制，距離成熟的商業(yè)化應(yīng)用還存在一定的距離，但預(yù)計未來2-3年可能會出現(xiàn)重大突破。

與之相比，高鎳三元材料和NCA材料在國內(nèi)的商業(yè)化應(yīng)用會更快一些。截至目前，包括杉杉能源、寧波金和、天津巴莫、當(dāng)升科技、國軒高科、天津力神等企業(yè)都宣布公司的高鎳產(chǎn)品已經(jīng)完成中試，甚至開始量產(chǎn)且批量供貨。

以下是4種新一代動力鋰電池正極材料的研發(fā)進(jìn)展情況：

富鋰錳基

?江特電機(jī)：富鋰錳基正極材料產(chǎn)能年產(chǎn)1200噸

2009年，江特電機(jī)發(fā)布公告，決定出資設(shè)立江西江特鋰電池材料有限公司，主要從事鋰離子電池正極材料即三元材料和富鋰錳基正極材料的批量生產(chǎn)。

2011年1月，江特電機(jī)發(fā)布公告稱，公司控股子公司江西江特鋰電池材料有限公司研發(fā)的富鋰錳基正極材料經(jīng)省級鑒定達(dá)到國際先進(jìn)水平，可以投入批量生產(chǎn)。

2011年2月，江特電機(jī)發(fā)布公告稱，公司控股子公司江西江特鋰電池材料有限公司年產(chǎn)500噸動力鋰電池富鋰錳基正極材料項目獲得國家補(bǔ)助資金160萬元資助，該項目總投資3650萬元。

2012年，江特電機(jī)在深交所投資者關(guān)系互動平臺上表示，目前公司募投項目富鋰錳基正極材料項目訂單較為充裕，今年3月份上述項目將全部建成投產(chǎn)。

2016年，江特電機(jī)表示，子公司目前富鋰錳基正極材料產(chǎn)能年產(chǎn)1200噸。

?當(dāng)升科技：一種鋰電池富鋰錳基正極材料前驅(qū)體制備方法獲得國家專利

9月，當(dāng)升科技發(fā)布公告稱，公司于2011年12月29日申請的“一種鋰離子電池富鋰Mn基正極材料前驅(qū)體的制備方法”發(fā)明專利，已于近期獲得中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的發(fā)明專利證書。

目前，該發(fā)明專利尚未應(yīng)用于公司實(shí)際生產(chǎn)中。

高電壓鎳猛酸鋰

?成都興能：高電壓鎳猛酸鋰材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)

成都興能子公司四川興能新材料有限公司研發(fā)的高電位、長壽命的正極材料鎳錳酸鋰于2013年通過了四川省科技廳組織的科技成果鑒定，該項科技成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，獲得100萬元經(jīng)費(fèi)支持。

該材料現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，公司具備年產(chǎn)1000噸高電壓鎳猛酸鋰材料的生產(chǎn)能力。

?集創(chuàng)云天：年產(chǎn)萬噸級高電壓鎳猛酸鋰材料項目落戶湖北紅安

10月，由深圳市集創(chuàng)云天新材料有限公司與紅安縣投資建設(shè)的新一代高電壓鎳錳酸鋰電池正極材料項目在紅安縣正式開工，將成為全球最大的鎳錳酸鋰電池正極材料基地。該項目總投資6.5億元，計劃建成6條新能源材料自動化生產(chǎn)線，全部建成后年產(chǎn)能將達(dá)到1.8萬噸，預(yù)計可實(shí)現(xiàn)年銷售收入約40億元，實(shí)現(xiàn)年稅收約2億元。

磷酸錳鋰

?紅寶麗：年產(chǎn)2000噸磷酸錳鋰材料產(chǎn)線完成試生產(chǎn)

11月，紅寶麗發(fā)布公告，公司控股子公司紅寶麗集團(tuán)南京鋰泰能源科技有限公司建設(shè)的年產(chǎn)2000噸鋰離子電池正極材料磷酸錳鋰項目首條生產(chǎn)線已完成安裝、調(diào)試與試生產(chǎn)，產(chǎn)品符合設(shè)計要求。目前，產(chǎn)品已送鋰離子電池客戶進(jìn)行性能測試。

鎳酸鋰

?莊信萬豐：增強(qiáng)型鎳酸鋰正極材料進(jìn)入中試階段

莊信萬豐表示，經(jīng)過三年的試驗(yàn)，公司增強(qiáng)型鎳酸鋰在制造工藝上已趨于成熟，其安全、循環(huán)等性能指標(biāo)也基本滿足了技術(shù)要求，已經(jīng)進(jìn)入了中試階段，將于明年正式量產(chǎn)，目前已經(jīng)送樣給多家電池企業(yè)。同時，投資18億元生產(chǎn)10000mt增強(qiáng)型鎳酸鋰，并預(yù)計在2021-2022財年時出現(xiàn)在電動汽車上。