能量密度突破成功 NCA三元电池将进入高能量密度时代

近日，我国在高镍正极材料及动力电池单体开发方面获重大突破，天津力神电池股份有限公司研发出一种NCA三元高比能量动力锂电池，能量密度超过300wh／kg，引发业界关注。根据国家工信部《汽车产业中长期发展规划》，要求2020年动力电池单体能量密度达到300Wh／kg，成为业界努力攻关的目标之一。天津力神高比能量电池研发的成功，令整个业界为之一振，也将中国NCA三元电池带入高能量密度3．0时代。

据电池中国网了解，天津力神在氧化镍钴铝锂（NCA）正极材料前期研究基础上，开发高比能量、长循环寿命、良好安全性能的锂离子动力电池用高镍系正极材料；通过纳米制备、纳米分散、包覆及预嵌锂等多种技术，研制容量高、首次效率高、循环稳定性及倍率性能好的硅碳负极材料。

据悉，天津力神基于该体系开发了电芯单体的比能量达到302wh／Kg，体积能量密度大于642Wh／L，25℃下1C充放电循环710次（100％DOD），容量保持率达到80％；同时通过优化电解液配方，循环性能明显改善，目前循环285次（100％DOD）容量保持率高达96％。这一工作为开发出比能量300Wh／kg、循环寿命1500次的锂离子电池单体奠定了基础。

近几年，高能量密度的要求促使国内电池企业不断向高镍三元材料布局。据电池中国网了解，磷酸铁锂材料受到本身性能的限制，以目前的技术难以在2020年达到国家相关规划中对能量密度的要求，三元的NCM111和NCM523等材料也很难预期达到单体能量密度300wh／kg的目标。目前主流的NCM523可以达到160－200wh／kg，而NCM622和NCM811分别可以达到230wh／kg和280wh／kg。所以要实现对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长，必须要大力发展高镍三元材料。

高镍三元材料主要指镍含量高的三元材料，目前常见的有NCM622、NCM811和NCA。在高镍三元材料中，Ni主要的作用是提供容量，含量越高电池的能量密度越大；而Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构；Mn／Al主要用来稳定结构，三者协同作用，共同发挥出三元材料高能量密度、较低成本等优点。

在国家政策要求、新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的多重刺激之下，高镍体系的NCM811和NCA材料已经成为国内动力电池企业积极布局的热点，而从市场情况来看，大多数

企业选择了NCM811路线，而非NCA路线。

据悉，当升科技NCM811产品目前年产能为4000吨，三期工程计划1．8万吨／年高镍多元材料产能，将于2018年至2020年间陆续建成投产；国轩高科表示已经开发出三元811材料软包电芯，能量密度能够达到302wh／kg；杉杉能源2017年底宣布月产100吨的宁乡基地NCM811产线顺利投产；亿纬锂能表示，自从2012年起就已开始推广非车用NCM811；天津巴莫2017年年产5000吨高镍材料产线投产，目前已经实现向国际大客户批量提供NCM811。据电池中国网了解，宁波金和、厦门钨业、天力锂能等高镍811项目也在稳步推进。

而三元NCA材料，由于国内起步比较晚，技术水平较国外企业有很大的差距，NCA目前产能主要集中在日本和韩国。NCA主要的供应商有日本的住友金属（Sumitomo）、日本化学产业株式会社和户田化学（Toda），韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售。其中，户田化学主要供应日本AESC和韩国LGC，住友金属主要供应松下和PEVE，韩国的Ecopro对应客户为SDI。数据显示，2017年中国电动汽车市场实现锂离子电池装机总量33．55GWh，其中磷酸铁锂电池装机16．33GWh，NCM三元电池实现装机15GWh，而NCA三元电池装机量仅为286．5MWh。

国内NCA技术路线没有发展起来，除了起步晚，还与三元NCA材料的生产技术壁垒较高有很大关系。在NCA材料中以Al代替锰，实际是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性，离子掺杂可以增强材料的稳定性，提高材料的循环性能。但是在制作过程中，由于Al为两性金属，不易沉淀。NCA电池需要纯氧环境、加工成本较高，在电池生产全过程均要控制湿度在10％以下，这些对国内企业都存在很大挑战。

所以，此次天津力神在高镍NCA正极材料方面的重大突破给中国的电池企业注入了一剂强心剂。而据电池中国网了解，国内企业如贝特瑞NCA技术已具备量产条件，目前在深圳有3000吨高镍正极材料产能，已实现向松下等客户销售，后续将在江苏常州新建1．5万吨高镍正极材料生产线。另外，上海德朗能、杉杉能源和容百锂电也都对外宣称，具备规模化生产NCA材料的能力。

电池中国网认为，虽然NCA材料具有高技术壁垒，国内企业要实现与日韩企业的抗衡还面临诸多挑战，但是相信在中国这个全球最大的动力电池市场，随着国内企业的不断赶超和技术积累，未来几年内必将迎来高镍电池生产的爆发期，也必定会产生全球领先的本土NCA电池企业巨头。