蜂巢能源李子郯：發(fā)展無鈷二元正極材料是未來重要趨勢
撰稿丨采編部
編輯丨麥 子
美編丨CBEA獨耀
▲圖為蜂巢能源科技有限公司材料事業(yè)部總經(jīng)理李子郯作主題演講
日前，“第二屆新能源汽車及動力電池（CIBF2021深圳）國際交流會”在深圳舉行，在風(fēng)帆有限責(zé)任公司冠名的“軟包電池核心材料及先進(jìn)技術(shù)突破”專場論壇上，蜂巢能源科技有限公司材料事業(yè)部總經(jīng)理李子郯在“無鈷正極材料技術(shù)及應(yīng)用”的主題演講中，介紹了當(dāng)前無鈷電池材料體系研發(fā)現(xiàn)狀、無鈷正極材料發(fā)展方向，以及蜂巢能源無鈷電池開發(fā)進(jìn)展等。
據(jù)李子郯介紹，從廣義上來講，像包括磷酸鐵鋰材料也是無鈷材料的一種，但狹義來講，業(yè)界將無鈷材料主要界定為無鈷二元（NMx）、無鈷富鋰(LMR)、LiFePO4(LFP)、LiMn2O4(LMO)、LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)等材料。李子郯表示，高電壓電解液尚未成熟，所以LMR和LNMO應(yīng)用比較困難，“鑒于鈷資源儲量稀缺、電池降本需求等因素，發(fā)展無鈷二元正極材料是未來的重要趨勢。”
事實上，無鈷二元正極材料研發(fā)有較長的歷程。據(jù)李子郯介紹，早在2003年，日本機(jī)構(gòu)就開發(fā)了鎳錳比為50:50的鎳錳酸鋰材料，但當(dāng)時循環(huán)性能比較差，沒有大的突破；隨后在2006年，Ceder教授采用離子交換法開發(fā)了低Li/Ni混排(4.3%)的LiNi0.5Mn0.5O2，6C容量高達(dá)183mAh/g，但此方法存在應(yīng)用比較困難的瓶頸；同年，Goodenough教授開發(fā)了LiNi0.56Mn0.44O2，Li/Ni混排5.6%，但容量較低。近幾年包括Jeff Dahn 、ArumugamManthiram、Yang-Kook Sun等學(xué)者均證實了無鈷高鎳正極材料的可行性。
蜂巢能源2020年正式對外發(fā)布了全球首款無鈷正極材料電池，根據(jù)規(guī)劃，該款電池將于今年年中正式上市裝車。據(jù)李子郯介紹，因為從三元材料中拿掉鈷，就需要通過采用其它辦法來穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)。在開發(fā)思路上，蜂巢能源基于對容量、穩(wěn)定性、循環(huán)、倍率等性能要求，通過元素比例、摻雜、包覆、前驅(qū)體等多個維度進(jìn)行無鈷正極材料的開發(fā)。
其中元素端，通過計算和實驗結(jié)合的方法，設(shè)計Ni和Mn比例，以達(dá)到最優(yōu)，將Li/Ni混排降低到最低，同時具有較低的內(nèi)阻。“沒有鈷了，需要找到一種或者幾種摻雜元素來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，”李子郯進(jìn)一步補(bǔ)充道，同時所有正極材料都需要包覆，尤其是高電壓情況下必須找到合適的、離子擴(kuò)散系數(shù)非常好的包覆材料，公司采用了納米化網(wǎng)絡(luò)包覆技術(shù)。此外，在前驅(qū)體端，公司團(tuán)隊優(yōu)化前驅(qū)體粒度分布、顆粒強(qiáng)度等降低內(nèi)阻，提高循環(huán)。
據(jù)了解，目前蜂巢能源在無鈷中鎳、無鈷高鎳等多晶，以及無鈷中鎳單晶正極材料等方面都已經(jīng)有深入研究和產(chǎn)品布局。
其中公司開發(fā)的高鎳90系多晶無鈷材料，容量在200mAh/g以上，循環(huán)性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性與NCM811差不多；無鈷中鎳多晶正極材料（鎳含量70~80%），粒徑分布均勻，振實密度高，循環(huán)性能非常優(yōu)異；無鈷中鎳單晶正極材料：一次顆粒分散性好，包覆均勻。容量和電壓高，循環(huán)性能優(yōu)異（97%），DSC溫度高（230℃）。
據(jù)李子郯介紹，目前蜂巢能源電池團(tuán)隊開發(fā)的MEB 115Ah電芯，常規(guī)循環(huán)基本上在2500次以上，45度高溫循環(huán)也在1200次以上。
安全方面，在熱箱、針刺、短路、過充等方面都表現(xiàn)良好。如在130℃熱箱試驗中未發(fā)生起火、爆炸，在150℃下，測試盤發(fā)生反轉(zhuǎn)，但是也未發(fā)生起火和爆炸；在140%過充條件下，也沒有發(fā)生起火、爆炸；同樣，在針刺、短路等試驗下也未發(fā)生起火、針刺。
李子郯表示，下一步，公司無鈷正極材料會朝著三個方向繼續(xù)布局研發(fā)：1.無鈷層狀二元正極，這里又會分為中低鎳和高鎳體系；2.無鈷富鋰正極，現(xiàn)在正在開發(fā)，低鎳和無鎳的材料，從260到300毫安/時/克；3.無鈷尖晶石鎳錳酸鋰的方向，目前蜂巢能源在實驗室已經(jīng)做到130毫安/時/克，且循環(huán)性能非常優(yōu)異。
關(guān)于蜂巢能源，李子郯透露，2018年從長城汽車獨立出來的蜂巢能源目前公司員工3000+，研發(fā)人員占比達(dá)到52%，外聘專家是500+，每年研發(fā)投入接近30億元；公司以電芯和模組為主業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈向上布局包括正極材料、礦產(chǎn)資源，向下應(yīng)用包括儲能、光伏等進(jìn)行了全產(chǎn)業(yè)鏈布局；產(chǎn)能方面，計劃到2025年突破200GWh，并在全球進(jìn)行布局。
從下半年開始，公司加快了產(chǎn)能擴(kuò)增步伐，分別在歐洲的德國，中國的遂寧、湖州、馬鞍山等建設(shè)動力電池生產(chǎn)基地。另外，公司常州金壇總規(guī)劃18GWh的動力電池工廠，一期、二期總計12GWh已經(jīng)建成投產(chǎn)，三期6GWh項目預(yù)計將于明年6月投入使用。
據(jù)李子郯介紹，蜂巢能源金壇正極材料工廠也分三期建設(shè)，全部建成后預(yù)計每年可生產(chǎn)正極材料2.5萬-3萬噸。
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