中國粉體網(wǎng)訊 在新能源乘用車領(lǐng)域，三元電池已經(jīng)成為主流。而從技術(shù)路線來看，中日韓都在往高鎳方向發(fā)展，但日本企業(yè)主要以NCA為主；韓國企業(yè)為NCM+NCA；中國企業(yè)則以NCM為主。2019年全球三元正極材料出貨34.3萬噸，同比增長44.7%。其中，中國作為全球最大的正極材料生產(chǎn)基地，全球市場份額占比達(dá)到73.2%，2019年中國三元材料出貨量19.2萬噸，占全球三元材料出貨量的56%，占比超過一半。其中，高鎳電池裝機(jī)占比快速提升帶動(dòng)NCM811材料出貨量大幅增長，市場增速遠(yuǎn)超傳統(tǒng)行業(yè)平均增速，高鎳電池勢(shì)必成為未來動(dòng)力電池市場的主力競爭者。
高鎳三元正極材料與普通的三元正極材料相比，最明顯的特點(diǎn)是降低了鈷的含量，那么在生產(chǎn)工藝上又將如何實(shí)現(xiàn)高鎳三元正極材料的制備？與普通三元正極材料的生產(chǎn)工藝有什么區(qū)別？
普通三元正極材料生產(chǎn)工藝vs高鎳三元正極材料生產(chǎn)工藝
來源：容百科技
從流程圖中我們可以清晰地看出普通三元正極材料生產(chǎn)工藝和高鎳三元正極材料生產(chǎn)工藝的區(qū)別主要集中在三個(gè)方面：①原料；②氣體；③水洗。
原料：碳酸鋰vs氫氧化鋰
普通的三元正極材料更傾向于用碳酸鋰作為鋰源，而高鎳三元正極材料卻更適合用氫氧化鋰。碳酸鋰的熔點(diǎn)為720℃，而單水氫氧化鋰的熔點(diǎn)僅為471℃，在燒結(jié)過程中熔融的氫氧化鋰可與三元前驅(qū)體更均勻、充分的混合，從而減少表面鋰殘留，提升材料的放電比容量。采用氫氧化鋰和較低的燒結(jié)溫度還可減少陽離子混排，提升循環(huán)穩(wěn)定性。
相比之下，碳酸鋰的燒結(jié)溫度往往需達(dá)到900℃以上才能得到性能穩(wěn)定的材料，而高鎳三元材料要求燒結(jié)溫度不宜過高，否則影響倍率性能。制備高鎳三元材料要求燒結(jié)溫度適中，NCM811需要燒結(jié)溫度至少控制在800℃以下、NCM90505需要控制在740℃左右。
而氫氧化鋰比碳酸鋰價(jià)格高，這也是導(dǎo)致高鎳三元正極材料成本偏高的原因之一。
燒結(jié)氣體不一樣
目前合成高鎳三元材料的方法主要是高溫固相燒結(jié)法，其難點(diǎn)為Ni3+/Ni4+與O有能帶重疊，所以在脫鋰狀態(tài)，晶格O會(huì)從晶格中脫出；Ni2+/Li+ 混排，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；對(duì)環(huán)境濕度和CO2敏感，表面堿性高；穩(wěn)定性、安全性能差，儲(chǔ)存、加工條件苛刻，所以必須在氧氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)。
高鎳三元材料多了水洗程序
高鎳三元正極相對(duì)于普通三元正極，表面的殘余鋰較多，對(duì)材料性能有明顯影響。首先是它會(huì)影響涂布，如 NCM811在勻漿過程中很容易形成果凍狀，主要就是因?yàn)槠浔砻娴膲A性氧化物含量太高吸水所致。表面堿性化合物對(duì)電化學(xué)性能的影響主要體現(xiàn)在增加了不可逆容量損失，同時(shí)惡化循環(huán)性能。此外，表面的Li2CO3在高電壓下分解，是電池脹氣的主要原因之一，從而帶來安全性方面的隱患。
水洗對(duì)高鎳三元正極材料的影響
來源：CNKI、中信建投證券研究發(fā)展部
從目前的研究結(jié)果看，水洗成品是去除高鎳三元正極表面殘余鋰最好的方法。但是也存在一些問題，因?yàn)楦哝嚾牧媳旧砭团滤�，水洗過程中固液比、水洗時(shí)間、攪拌強(qiáng)度、過濾時(shí)間與干燥過程很難控制，如果處理不好，之后的三元材料容量與循環(huán)性能明顯下降而達(dá)不到動(dòng)力電池的使用要求，并且水洗還增加了成本。
以上呈現(xiàn)在生產(chǎn)工藝流程圖中的差異還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致高鎳三元正極材料生產(chǎn)過程中更多的不同，如燒結(jié)氣體用氧氣就要考慮設(shè)備的耐氧問題；水洗雖然能降低材料的pH，但同樣會(huì)帶來環(huán)保壓力，這些問題又會(huì)導(dǎo)致高鎳三元正極材料生產(chǎn)成本的增加。當(dāng)然即使是與普通三元正極材料一樣的工序，高鎳三元正極材料的要求往往也會(huì)更高，如何優(yōu)化工藝，降低生產(chǎn)成本是當(dāng)前高鎳三元正極材料生產(chǎn)過程中的研究重點(diǎn)。
參考來源：
高工鋰電網(wǎng).容百科技研判高鎳材料市場趨勢(shì)
中國粉體網(wǎng). 碳酸鋰or氫氧化鋰？誰才是三元正極材料的首選
胡國榮.高鎳三元正極材料產(chǎn)業(yè)化過程中難點(diǎn)問題探討
全國能源信息平臺(tái).高鎳三元正極改性工藝和作用總結(jié)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
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