當升科技陳彥彬：高能量富鎳 NCM/NCA 鋰電正極材料開發進展
圖為北京當升材料科技股份有限公司副總經理陳彥彬在CBIS2018“鋰想”峰會上發表主題演講
戳此進入峰會官方專題，了解更多會議信息：“鋰想”2018第三屆動力電池應用國際峰會(CBIS2018)
2018年11月8日，以“新時代·破而立：前行中的產業轉折之路”為主題的“鋰想”2018第三屆動力電池應用國際峰會(CBIS2018)在北京興基伯爾曼飯店開幕。北京當升材料科技股份有限公司副總經理陳彥彬在峰會開幕式上發表主題演講，以下為主題演講內容。
北京當升材料科技股份有限公司副總經理陳彥彬：
我這個報告椒關于高鎳材料的，高鎳材料現在正在風口浪尖上，包括高鎳材料這方面的挑戰、對策和開發應用的進展。
第一部分，公司介紹。
當升科技今年上半年融資了15億元，建設江蘇當升的三期工程和常州工廠，產能從目前的1.6萬噸到2020年4.5噸—5萬噸左右，這樣可以解決我們產能瓶頸，因為這些年我們體驗到什么叫供不應求，其實也是挺痛苦的。
這是近幾年的變化，除了原來的三元鈷酸鋰，我們在國內、國際有這么多優質客戶，這三大材料我們都是率先出口，尤其這兩年，我們三元材料的出口量能占到中國所有出口正極材料三元材料的40%左右，應該算“一家獨大”，我們出貨量在國內也是第一的位置。2015、2016、2017年營業收入分別達到8.6億元、13.3億元、21億元，今年上半年已經達到16億元，同比增長95%，今年年底的業績也是可期的。
關于挑戰。我們說原來電動汽車電池成本很高，電池退役后用于做儲能、梯級利用，實際現在三元材料還有很大問題，磷酸鐵鋰可以用，但是三元材料電池還有很大問題。一方面，可能車用完再到梯級利用的時候，容量可能就迅速衰減為零了，或者退一步來講，容量稍微好一點的內阻也會很大，或者電池的一致性會很差，新電池一致性很好，用了10萬公里以后可能一致性很差，所以梯級利用就變得很困難。也有一點原因，2014、2015年電池全是磷酸鐵鋰，能量密度標準提升后大家拿著數碼的三元材料和數碼的三元電池就裝到了車上，這應該也是一方面的原因，隨著近幾年材料的進步，可能再過三到五年退役的電池也許還可以梯次利用。
三元材料發展的方向，朝著高鎳化的方向沒錯，但是走的多快，采用什么樣的節奏，取決于你自己，材料好不好、電池技術過不過硬。從現在圓柱電池來講，523到622到811，目前也是以523為主，可能有5%不到10%的電池從原來的622轉向811，這里面一個是鈷價的影響、一個是補貼標準的影響。但是軟包和方形電池，國內現在用622的非常少，韓國有622的應用，韓國523、624的比例可能是6：4，中國523到622到811的比例，我想523可能在80%—85%或者更高，622和811占用剩下的10%—15%的市場。當然提高能量密度，一個是提高鎳含量，一個是提高電壓。去年主要是6.2V的532，今年是6.3V的523。當然材料還有做5和6之間的，6和7之間的，還有一些細分的材料，也會表現出一些特殊的性能。
第一個問題，高鎳材料產品的問題，藍色這條線是氫氧化鋰，紅色的是碳酸鋰，放一段時間之后發現氫氧化鋰下降、碳酸鋰上升，如果折算成碳酸鋰就是綠線，很顯然氫氧化鋰轉化是不夠的。原因可以理解為三元材料在潮濕環境里面鋰不斷的出來，我們材料是干燥環境下生產出來的，結果生產時通過氣流輸送，因為抽的氣量大、補的氣量小，可能把二氧化碳抽進去，制漿的時候材料發生變質。除了轉化還有一部分是殘余的，材料燒結的過程中多投入鋰，用不完，鋰和金屬1：1最合適的，就像為了米飯煮熟要多加水，水最后可能蒸發不掉可能還會有殘留的水，就是導致有殘留的鋰。這些殘留的鋰也會影響阻抗、影響容量、倍率的發揮，當然也會影響機器產生故障，但是殘鋰高不是機器故障主要原因。主要原因是，不管是高鎳化還是提高電壓，鋰出來的越多氧化物越多，氧化物越多氧化性越強，就會導致鼓脹等等，從表現缺陷等一系列過程進行解決。
安全性，最右邊306度的黑色的線是333的，紅色的線是523的，高鎳化的熱分布越來越低、放熱量越來越大、越來越快，就有安全性的問題，組成和結構是主要的因素，我們叫固有屬性，磷酸鐵鋰就比錳酸鋰安全，這是組成和結構決定的。第二，既然選擇了三元，鎳的比例不同，也是組成和結構的問題。第三個，雖然是523，充到不同的電壓下，SOC不同安全性也不同，首先取決于組成結構。當然外部的屬性，顆粒度、空隙率等也會對安全產生影響。我舉個例子，棉繩不容易燒著，棉線容易燒著，可能棉花一點就爆，外面的顆粒度也會有影響。下面我要提出一個問題，現在高鎳811說的很多，如果高電壓的622更好還是常壓的811哪個更安全？我聽到的國家重點研發計劃都是以811為主的材料，811從4.2V滿充 點全性肯定很差，我們別滿，充電降SOC，降到60%、50%一下就會安全，不會發生熱失控，意味著50%的SOC容量降低了一半，可能容量還不如333，換句話來講，我可能622在6V是安全的，811降到4.8V可能還有很大的風險，所以容量811是200毫安時的容量降低只有100%，622、523在160—170毫安時/克期間，可能某種程度解決安全性問題來講，811是有很大的難度，可能要達到充放能量密度高電壓的523、622也許是一個可行的路徑，這是我自己的一個觀點。
再一個挑戰就是循環壽命。因為綠色的線是811，充電過程中相變很劇烈，比如4.0V一上就會出現相變，不同相之間就有結構匹配的問題，另外體積結構變化，體積不斷的膨脹，收縮就會帶來顆粒的粉化，表面會產生孤島，會產生界面問題，間隙問題，影響容量、倍率、壽命、安全。
應對的辦法是：第一，做結實一點，材料強度提高，原來下面是傳統的，無序的、雜亂的結構，我們做這種發射狀的，這樣循環壽命就會好。第二，單晶化。下邊這圖，最后就粉化了，我們做單晶化，長壽命循環顆粒還是比較完整的。所以我在想，也許我們真正未來能實現車的全生命周期比較好的利用，還能夠進入儲能應用的話，可能單晶材料會更有前途一些。我們下面產品從鎳50到55、60、70、83、88，都是已經量產的或者完全終試的產品，這個是代表后邊產品發展的方向。
當然要做這些有一些關鍵的技術，首先講前軀體，我們做研究的或者做過論文，一看文章做前軀體的研究很少，做材料的知道做前軀體很重要，像上釉前面的坯子，坯子做不好解決不了后面的問題，包括不同型號的控制解決壽命的問題、安全的問題、存儲的問題。摻雜也很重要，隨著高鎳化的燒結溫度越來越高，鎳含量越高溫度越低，有包覆的做法。原來是包覆在顆粒表面，現在顆粒內部的界面進行修飾，鎳一旦進去以后，對界面要進行修飾，這樣使它的性能優進一步提升。正極材料做車用，品質很重要，裝備也很重要，自動化的這種大產能的生產線，這個方面也是非常關鍵。
第三部分，我們產品的進展。前兩列是數碼用的，好的1500多速率，第二個5Y3就是現在索尼的電池，用的戴森的掃地機器人、無塵吸塵器都是我們的材料，還有比克做圓柱電池，就是這樣的材料。右邊黃色是專門用電動車和儲能做的電池，像5E12D、5EID，包括LG，包括明年日本的ASC，這個材料的量會非常大。5ES就是儲能，大家可能知道特斯拉原來有充電墻，現在還有充電站，用的就是我們的材料，我們的材料賣給三星、LG，做成電池賣給特斯拉，儲能用的。當然也有車用的，國內像比亞迪有一些在用。
622的材料，我們最早開發的6A和6E，最早北汽新能源用我們的6A的622材料，后面四個我們開發的第二代材料，是一系列的材料，我們把能量進一步提高到186，還做了三個單晶，從標準的E60的185、E65的是192、E70的到198，這樣的單晶材料。
對標韓國材料產品，我們的材料達到2.7、2.6，比他們更高，容量171、181，比他們更好一些。這是當年SK電池測的數據，我們的電池可以做到4千多的壽命，韓國的只做到2千多壽命。
之后我們開發了鎳65的材料，6E剛剛講是標準的622。可以看到，鎳含量、鈷含量，我們鎳提高了5個分點、鈷降低了5個分點，除了提高容量可以降低成本。容量從181，大顆粒提高到185、小顆粒提高到192，最后摻混容量可以達到186。在不同電壓下，壽命保持通量的水準，圓柱典型可能要么用523、要么用811，但是方形軟包電池可能會選擇鎳65、鎳70這樣的材料。我們也做了全電池，容量可以用標準比622高出6個毫安時，不同倍率下它的電壓曲線更高一下，放電電壓高意味著功率更高、能量密度更高，低溫性能也很好。
我們也在做單晶的622，和國內的一款材料進行對比，E50在4.5微米，殘檢水平差不多，單晶化大家最擔心的就是容量降低，我們標準的622是做了181，同行的產品做到180，我們做到186，一模一樣的組成。我們所有的放電曲線在放電的末尾阻抗比較小，比同行的材料表現明顯的優勢，循環壽命倒沒有大的差異。這個基礎上我們又開發了鎳65和鎳70。可以看到，鎳從60、65到70，鈷相應的降低，殘檢都可以控制在2千以下的水平，可以看到容量從186進一步提升到191和198，比較有意思的就是，鈷在下降、鎳在上升，開路電壓都在上升，不光容量更高，開路電壓也更高，而且循環壽命也更好，當然不說鎳含量越高壽命就更好，是因為我們做后面的材料用了更好的技術。我們也做了全電池的測試，可以看到全電池的壽命更好一些。
下面簡單講一下811，我們有團聚的、也有單晶的，兩個都是鎳83的，也有鎳88的，可以從210提高到215，我們團聚的材料最早811，鎳的組成就是82、83，我們是8E2市場上主推的。可以看到容量，韓國的材料208，我們可以做到210。包括輸出電壓，都更有優勢。循環壽命，藍色的線其實也更好一些。這是國內客戶圓柱測試，0.2C容量達到接近200毫安時，1C容量可以達到190，壽命可以達到1500多，原來的523、622就是1千多的壽命，他這個可以做到1500多的壽命，說明材料的循環壽命還是可以的。這個基礎上我們也開發了單晶化，我們823有三個組成，鈷含量有11%、8%、6%，這個目的就是降鈷，雖然鎳含量一樣，要把鈷含量降下來，這個方面有很多的考慮，除了成本的考慮還有別的考慮，可以看到容量是差不多的水平，當然鎳88可以做到215毫安時。這些材料都已經做到中試，隨時都可以量產。剛才講了，鎳含量都是82，把鈷含量降下來，可以看到鋰化指標并沒有什么差異。
可以看到0.1C容量210、211、211也是差不多的水平，1C容量，后邊兩個低鈷的材料容量也不差，甚至更好一些。充放電曲線可以看到，低鈷的材料電壓反倒更高，我們也做了不同倍率下，都是這樣一個規律，壽命是差不多的水平。包括我們測了循環過程中的DCR2，更穩定，綠點和藍點就是低鈷的材料，可能過一段時間今后如果我們真做到高鎳化，再不怕鈷漲價了，可能真正做到高鎳受這個影響更大。我們也做了單晶的產品，容量可以做到215。我們也做了全電池，全電池可以看到，壽命藍色的線和綠色的線，比團聚體有明顯的優勢，包括DCR，包括大家最怕的DCR上升快，可以看到這個材料非常穩定。當然低溫性差一些，可能需要從材料電解液方面做一些改進。NCA我們也有產品，目前是中試階段，沒有量產原因是沒有客戶，國內用這個材料的比較少。鎳88的NCA，對標的是一款日本的材料，可以看到容量可以做到213，包括倍率特性充放電阻抗更小一些、循環壽命更好。
我講的就是這些，謝謝大家！
（根據嘉賓現場演講整理，未經本人審閱）
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