三(san)(san)元(yuan)材(cai)料(liao)(liao)我們(men)(men)又(you)稱(cheng)之為(wei)(wei)三(san)(san)元(yuan)正極材(cai)料(liao)(liao)，是(shi)我們(men)(men)選(xuan)材(cai)中必(bi)須考慮的(de)一種正極材(cai)料(liao)(liao)，尤其在鋰電(dian)(dian)池選(xuan)材(cai)的(de)時(shi)候，通常會(hui)遇(yu)到別人(ren)問(wen)(wen)，你是(shi)選(xuan)擇碳酸鋰電(dian)(dian)池，還是(shi)三(san)(san)元(yuan)電(dian)(dian)池，還是(shi)磷酸鐵電(dian)(dian)池，這(zhe)(zhe)(zhe)時(shi)候我們(men)(men)就需(xu)要有(you)專業(ye)的(de)眼光進行(xing)看這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)問(wen)(wen)題，誰是(shi)這(zhe)(zhe)(zhe)個(ge)行(xing)業(ye)的(de)主流，哪一種占據著(zhu)絕對的(de)優勢，這(zhe)(zhe)(zhe)時(shi)候我們(men)(men)就需(xu)要看三(san)(san)元(yuan)材(cai)料(liao)(liao)，三(san)(san)元(yuan)材(cai)料(liao)(liao)作為(wei)(wei)大家首頁，不僅(jin)僅(jin)是(shi)因(yin)為(wei)(wei)國(guo)家補(bu)貼(tie)，更多(duo)的(de)是(shi)能量密度高(gao)，市場(chang)的(de)選(xuan)擇。
三元材料成為主流
經濟(ji)學(xue)家常常用(yong)(yong)供給與需求兩條曲線(xian)分析市場，兩者的交叉(cha)就是(shi)平衡點。動力電池企(qi)業(ye)也(ye)應用(yong)(yong)這(zhe)個原理分析產品發展趨勢。
寧德時(shi)代(dai)新能源(yuan)科技(ji)有限公(gong)司副總裁、首席科學家吳凱展示(shi)了動力電池(chi)能量密度與成(cheng)本之間的(de)關(guan)系。隨著規模擴大、技(ji)術(shu)進步，成(cheng)本曲(qu)線向下傾斜；克(ke)服“里程焦慮癥”的(de)辦法只有提升能量密度，這(zhe)也(ye)是我(wo)國(guo)政府(fu)和行業鼓勵(li)的(de)方向。向上的(de)能量密度曲(qu)線與成(cheng)本曲(qu)線形成(cheng)交叉點，三元材料企業圍繞于此做文章，也(ye)是目前做得最好的(de)。
吳凱說：“企業對電池的設計都是從成本與能量密度的平衡著眼。在平衡點之下，三元材料占有優勢；在平衡點之上，硅基負極體系和固態電池占有優勢。在固態電池還不能商業化的背景下，三元材料體系成為主攻目標。”
近期，在多個產業發(fa)展論壇上，企業和(he)科研機(ji)構的專家均談到，磷酸鐵鋰電池受到自身材料性能(neng)的限制，以(yi)目前(qian)的技(ji)術水平難以(yi)在2020年(nian)達到國家規定的能(neng)量密度要求(qiu)，而三元(yuan)材料中(zhong)的NCM111和(he)NCM523等類型電池也是如此。
據專(zhuan)家介(jie)紹，目前主流的(de)NCM523三元材(cai)料，能量(liang)密(mi)度可以達到(dao)160～200Wh/kg，與300Wh/kg有較大距離。科(ke)研(yan)人員提高(gao)三元體系中鎳的(de)含量(liang)，電池的(de)能量(liang)密(mi)度顯著提高(gao)，NCM622和NCM811分別達到(dao)230Wh/kg和280Wh/kg。為(wei)(wei)了達到(dao)300Wh/kg的(de)目標(biao)，高(gao)鎳三元材(cai)料成為(wei)(wei)必然的(de)選擇。
數據顯示，2018年一季度，國(guo)內(nei)三(san)元材料產(chan)量31670噸，同比(bi)(bi)增(zeng)長64.26％。其(qi)中，常規(gui)NCM型號占比(bi)(bi)78％，NCM622型號占比(bi)(bi)14％，NCM811/NCA占比(bi)(bi)8％，NCM811產(chan)量大(da)幅增(zeng)長。
目(mu)前，高鎳(nie)三元(yuan)材料有兩種路線(xian)，分別(bie)是NCM（鎳(nie)鈷(gu)錳(meng)）和NCA（鎳(nie)鈷(gu)鋁）。在(zai)高鎳(nie)三元(yuan)材料中，鎳(nie)的主要(yao)作(zuo)用(yong)是提供容量(liang)(liang)，其含量(liang)(liang)越高，電池的能量(liang)(liang)密度越大；鈷(gu)元(yuan)素在(zai)貢獻一部分容量(liang)(liang)的同時起到(dao)穩定(ding)結(jie)構(gou)的作(zuo)用(yong)；錳(meng)/鋁主要(yao)用(yong)來穩定(ding)三元(yuan)體系結(jie)構(gou)。
如何選擇正極材料?
1. 從材料特性分析
1)鎳鈷錳酸鋰(li)三元材料(liao)的(de)能量密度(du)比較(jiao)高，導致生(sheng)產出來(lai)的(de)電(dian)池體積較(jiao)小，重量較(jiao)輕(qing)；
2)鎳鈷錳(meng)酸(suan)鋰三元(yuan)材料的電子電導低，必須加入碳黑或進行(xing)改性才能夠提高電導率(lv)，但這樣又會導致體積變大，增加電解液(ye)；
3)鎳鈷錳酸鋰(li)三元材料在(zai)低溫(wen)情(qing)況(kuang)下(xia)電子電導(dao)更低，其低溫(wen)性能是其應用于(yu)動力電池的另(ling)一障礙。
目前，美國Valence科技、A123公司和加拿大Phostech公司等國際級大公司能夠提供磷酸鐵鋰的樣品和電池，但這些樣品與目前成熟的錳酸鋰相比，電壓、密度、大電流和低溫性能都相差較多。有一數據可表明，以磷酸鐵鋰為正極的18650電池的容量僅能達到1300mAh/g ；但是相比三元正極材料，磷酸鐵鋰電池的效果就會差很多。
2. 從技術成熟度分析
由于安全(quan)性過關，磷(lin)酸(suan)鹽(yan)是鋰(li)(li)電(dian)(dian)池正極材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)發展趨(qu)勢。但(dan)由于磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)與鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)池的(de)應用時間遠遠短于鈷酸(suan)鋰(li)(li)和(he)錳酸(suan)鋰(li)(li)，還停留在(zai)產品應用的(de)初級階段，需要經(jing)(jing)歷一(yi)個由小到大的(de)發展過程，所以目前不可能(neng)成為(wei)動力型鋰(li)(li)離子電(dian)(dian)池的(de)主流正極材(cai)料(liao)(liao)(liao)。在(zai)相(xiang)比三(san)元材(cai)料(liao)(liao)(liao)，三(san)元材(cai)料(liao)(liao)(liao)基本在(zai)523三(san)元材(cai)料(liao)(liao)(liao)已經(jing)(jing)很穩定(ding)，但(dan)是高鎳(nie)622三(san)元材(cai)料(liao)(liao)(liao)已經(jing)(jing)完成基本安全(quan)性能(neng)測(ce)試；相(xiang)比磷(lin)酸(suan)鐵(tie)鋰(li)(li)，材(cai)料(liao)(liao)(liao)相(xiang)對(dui)會差(cha)一(yi)點；
3. 從電池成本分析
磷酸鐵鋰(li)的(de)(de)制(zhi)造需要(yao)碳酸鋰(li)做主要(yao)材料，還(huan)需要(yao)氬氣與(yu)氮氣等保護氣，制(zhi)造成(cheng)本很大。目前國際市場最好(hao)的(de)(de)磷酸鐵鋰(li)價格是(shi)(shi)(shi)30多萬(wan)(wan)元(yuan)(yuan)/噸(dun)，但產量很小，批(pi)量不穩(wen)定(ding)；國內的(de)(de)價格是(shi)(shi)(shi)在(zai)15-16萬(wan)(wan)元(yuan)(yuan)/噸(dun)，在(zai)未來(lai)的(de)(de)3-5年之內，磷酸鐵鋰(li)的(de)(de)價格會居(ju)高不下，目前，錳酸鋰(li)的(de)(de)價格是(shi)(shi)(shi)8-10萬(wan)(wan)元(yuan)(yuan)/噸(dun)。但是(shi)(shi)(shi)相對來(lai)說三元(yuan)(yuan)材料，價格通常在(zai)20多萬(wan)(wan)，相比正極材料成(cheng)本，磷酸鐵鋰(li)的(de)(de)優(you)勢(shi)也(ye)相當明(ming)顯(xian)
4. 從實現批量生產的可行性分析
正極(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)(ben)只是電(dian)池(chi)成(cheng)本(ben)(ben)的(de)(de)(de)一部分，正極(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)價格下降不(bu)會給電(dian)池(chi)整(zheng)體成(cheng)本(ben)(ben)帶來(lai)本(ben)(ben)質的(de)(de)(de)影響。在電(dian)池(chi)的(de)(de)(de)生(sheng)產制(zhi)造中(zhong)，正極(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)僅占原材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)的(de)(de)(de)15%-20%，還需(xu)要考慮電(dian)解液、制(zhi)造工(gong)藝(yi)，良品率低等問(wen)題，其中(zhong)，磷(lin)(lin)酸鐵(tie)鋰電(dian)池(chi)制(zhi)造工(gong)藝(yi)問(wen)題還有待(dai)解決。目前，從試驗室中(zhong)是能夠做出動(dong)力磷(lin)(lin)酸鐵(tie)鋰電(dian)池(chi)，但磷(lin)(lin)酸鐵(tie)鋰的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)(liao)穩定性差，材(cai)(cai)料(liao)(liao)工(gong)藝(yi)比較復雜(za)，涂(tu)膜難，制(zhi)備(bei)過程難，進入批量生(sheng)產尚需(xu)時日。三(san)元(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)已經非常成(cheng)熟，而且大量的(de)(de)(de)廠(chang)家開始投入三(san)元(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)研發(fa)和三(san)元(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)研發(fa)，可行性方面三(san)元(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)和磷(lin)(lin)酸鐵(tie)鋰正極(ji)材(cai)(cai)料(liao)(liao)在伯(bo)仲之間。
綜上所(suo)述(shu)，磷酸鐵鋰無(wu)論在技術成(cheng)熟度(du)、性能(neng)(neng)、成(cheng)本、制造工藝(yi)方面都存(cun)在缺陷(xian)，盡管不(bu)失(shi)為未來研(yan)發的一個選(xuan)擇，但不(bu)適合(he)(he)現階段的市(shi)場(chang)應用。但是三元材料更(geng)適合(he)(he)市(shi)場(chang)，更(geng)適合(he)(he)量(liang)產，安全性能(neng)(neng)已(yi)經解決，能(neng)(neng)量(liang)密度(du)越高，市(shi)場(chang)前景越大(da)，所(suo)以我(wo)們覺得三元材料才是王者。
