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李建忠:动力锂电正极材料现状及发展趋势

以下为现场实录

各位领导、各位专家、各位来宾大家上午好!非常感谢中汽中心,在这里和大家一起就动力锂电正极材料现状及发展趋势进行讨论。

北京当升材料科技股份有限公司董事、总经理李建忠

今天讲三个方面,一个是关于整个体系的情况,以及未来的一个发展趋势,还有目前大家关心的,对于三元正极材料的安全性问题解决的方案和大家做一个交流。

首先来看目前的动力用的正极材料的主要的体系,主要是三类,一类是包括NMC和NCA的三元材料,目前单体能量密度可以做到280,在PACK领域可以超过160。第二类是磷酸铁锂,目前单体超过180,系统的能量密度目前可以做到145左右。当然还有一部分是锰酸锂,从目前主流的一些来看,不管是国内还是国外的主流车型这几年也是这样,逐渐有能量密度的提升。也可以看到,它的能量密度也有了很大的提高,特斯拉能量密度提升比较快一些,包括国内的车型基本在160每千克以上。

从国际上的一些车型和国际上的主要电池厂来看,目前主要选择的材料体系来看,不管从日本的索尼还有包括NSC,NCM还是占大多数的。 现在,也在开发811(音),远景在没收购之前,提供第一代的811,现在开发第二代811,虽然没有推出出来,为了慎重起见,又测试了一遍,也说明了一个负责任的态度。

国内的电池厂和国内配套的车,目前来说也是三元占了大多数,在大巴和乘用车方面包括磷酸铁锂有一部分。

333、523不讲了,目前到6这一系列,其实6也发生了很大的变化,从最初的60现在做到65,甚至到了70,那么目前6列的最高的容量也将近了1:9,循环寿命比较好。 从整个的可比容量来说,可以做到210以上,它的循环寿命常温的2000次以上,高温循环也可以做到1200次以上,足以满足整个使用寿命的要求。

这是NCA的,可比容量做到215以上,压实密度在3.7以上,而且表示了很好的循环寿命。其实到了第三代,现在我们在做的开发出来的既不是简单的NCM,也不是简单的NCA,长城也是我们的客户,开发了四元材料,其实就是NCMA,现在韩国的国际客户他们用第三代的,实际上就是NCMA。加了A以后,输出性比较好,如果是M,在同样的镍含量下容量表现更高,NCMA以后,基本上输出性、容量各方面表现都比较突出,也表现比较好的循环寿命。

还有一个是磷酸铁锂,其实现在磷酸铁锂已经到了单晶化和纳米化,在实验室可以做到可比容量已经是160以上了。表现出非常好的循环稳定性。当然如果我们做成磷酸锰铁锂,它的可比容量提高改变不是太大,但是它的电压平台从3.3提高到3.8,要提升20%到25%,但是实际做成电池能量密度提升到15%左右,说明还有提升空间。最主要的是它表现了非常好的一个热稳定性,同时还有循环性,以及它的倍率性。这个材料假设提升到了3.8V,我们可以和三元进行混合使用,保证了循环寿命、热稳定性都很好,成本又很低。如果把它的压实提升一下,尤其在负极上面做一些工作,能量密度上升以后,这一款材料表示出很大的优势,所以比亚迪说明年把体积密度提升50%以上,反正提高百分之二三十还是有可能的,这是目前的几款材料的现状。

我们看一下未来的趋势,我们先从车厂来看,介绍一下欧洲的车厂。跟宝马我们也都是多年的老朋友了,定期保持技术上的交流,德国宝马那边也到当升这有四五次,看看宝马,基本上也是有一个续航里程的要求,成本降低的要求,希望能够在2025年前后他们的能量密度有一个大幅度的提升,但是用的可能是固态电池,这是他们的一个路径。

那么这是欧洲另外一个主流车厂,也是和当升合作的。 到2025年,他们希望到500公里以上,这个要到800瓦时以上的,当然续航能力达到700以上,他们仍然是使用固态锂电电池这一块,跟宝马有点类似。成本上希望到明年能降到每千瓦时小于100欧,目前其实已经到了这个成本,从今年上半年来看国内的成本大概在800-900千瓦时。刚才的材料体系也是用三元高镍化或者是其他的路线实现的,基本追求的目标是一样的。

一个是来自于日本的合作伙伴,大家可以看到,它在右下角的正极材料体系仍然是热稳定性比较高的高热材料,所以它也是追求这么一个目标。

这是咱们中国代表的一家电池厂,基本上也是目前它可以做到了如果是单体超过280,到明年可以做到300-350千瓦,需要在负极上做一点文章了。2025年以后,也是用到了固态锂电,希望达到350以上。所以总的来说,电池的一个路线,基本上沿着现在的还是在液态锂电下进行改变,走向固态,当然还是在锂电池下。按照这个材料的路线,基本上也是这样,比如说以三元材料为例,单晶化、高镍化,在未来我想过三五年,会取得突破,成本会进一步降低。

从成本的角度讲,应该是逐年下降,但是这里目前可以这么说,单算它的原料和制造成本一定是实现我们所说的1块钱一下,但是追求到五毛六毛,前提是原材料成本恢复到正常,也就是说做到镍在12000每斤, 但是如果原材料反复操作,那个时候要达到成本降低,可能还不大,所以原材料是很关键的,技术上是没问题的。当然未来作为福利蒙及进展也是比较快的。 当然,固态锂电的开发我想过个三五年也会有突破,从实验室来看,如果是用622做的话,而且是采用全固态,包括负极也采用金属锂负极,这个可比容量做到180以上,和液态锂电池下的水平差不多,而且循环利用得到了改善。这是未来的趋势。

实际上大家关心最多的还是安全性问题,刚才赵总还有其他几位专家都提到了,从材料角度讲,确确实实目前最大还是来自于安全的挑战,这是热失控的图表,怎么解决150度内不出现热失控,出现热失控以后什么材料都没有用,所以我们要做的,除了材料的安全,材料的设计和制备,还有电池的设计和制备,以及正确的使用和维护。

首先从材料角度讲怎么提高安全性?在制备的时候,从全体系提高径向结构的强度,抑制一些分化、裂化的问题,比如说采用单晶化的,像国内的比亚迪,开始采用纯单晶的,还有采用混合适用的。还有一些掺杂改性,稳定材料晶体的结构,使它耐受高温高压,当然需要技术性的控制,我掺杂的元素让它到过渡金属位,不同位置是不一样的。当然也包括特殊的包覆的处理,稳定结构,减少过渡金属的溢出。还有对金属异物的控制。

当然最终我们还是希望能够实现固态锂电的突破,从根本上解决液态锂电下解决不了的问题。以上是我的报告,谢谢大家!

(责编:李硕)

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