【钴锂峰会】吴层：实现新能源汽车发展目标关键在于正极材料技术

近几年国家对新能源战略发展做出了诸多规划，颁布了一系列的政策给予支持，同时也提出了未来发展目标。在2018年4月12-13日，由上海有色网（SMM）主办、浙江华友钴业股份独家冠名的“2018（第三届）镍钴锂产业链峰会”上，宜宾锂宝新材料有限公司技术中心副总经理吴层表示，这些规划所提出的目标能否实现关键主要在于正极材料技术的发展。会上，他就动力锂离子电池对正极材料的要求和镍正极材料NCA研究现状，及NCA产品技术发展和市场展望做了详细的分析和介绍。

动力锂离子电池对正极材料的要求

吴层首先带着我们梳理了有关新能源汽车的相关国家政策：

2016.03 十二届全国人大四次会议表决通过国家“十三五规划纲要”，推动战略前沿领域创新突破,加快突破新一代信息通信、新能源、新材料等领域核心技术。

2015.05 《中国制造2025》将“节能与新能源汽车、新材料”列为重点发展领域。

2015.04 国家发改委、能源局联合下发《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，明确我国能源技术革命的总体目标。

2015.02 科技部《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案（征求意见稿）》提出完善电动汽车“三纵三横”技术体系和新能源汽车研发体系。

2012.06 国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》。

2012.04 科技部发布《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》确定“纯电驱动”的新能源汽车技术转型战略，重点研究锂离子动力电池等电动汽车关键部件。

2012.02 工信部《新材料产业“十二五”发展规划》及《新材料产业“十二五”重点产品目录》将锂离子动力电池及其关键材料列为重大专项工程和重点产品目录。

2010.10《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，将新能源、新能源汽车、新材料等7个产业列为国民经济的先导产业和支柱产业。

2009.02 国务院审议通过《汽车产业振兴规划》，首次提出发展新能源汽车战略。

他指出能否达到国家政策规划所提出的目标，其关键主要在于正极材料，因为正极材料的性能直接影响着电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低，其中高镍的三元材料是当前研发和产业化的热点。

吴层比较了各大汽车厂商对于新能源汽车材料选择，其中特斯拉选取的是便是新一代锂电池NCA三元材料，特斯拉CEO马斯克此前表示，这将是全世界最高密度且最便宜的锂离子电池，由于同等能量下，所需电池的数量可减少约1/3，整车能量密度将得到提升，而未来有望通过大规模量产使得动力电池成本降低9成。

对于未来电动汽车及动力锂离子电池发展目标，吴层预测了两个重要指标：

1、纯电动汽车（BEV）的续航里程大于300公里；

2、锂离子电池的能量密度要达到300Wh/kg。

高镍正极材料NCA研究现状

吴层详细的论述了高镍正极材料存在的一些问题：

首先，高镍材料放电比容量高，能量密度大。

其次，Ni3+/4+与O能带重叠，脱锂状态O会从晶格中脱出，这导致了锂镍混排严重，结构不稳定，从而使得同时表面碱性高、对环境湿度和CO2敏感。高镍正极材料的循环稳定性、安全性能变差，储存和加工条件也越发的苛刻。

综合市场上来看，NCA （镍钴铝）和NCM8119（镍钴锰酸锂）是目前高能量密度材料中综合性能较好的体系。

但是两者的循环性能和热稳定性较差。

前不久，汉阳大学Yang Kook Sun等开发的Ni0.95材料容量接近240mAh/g，但材料不可逆相变严重，容量衰减快。

韩国科技大学对NCA首次充放电与结构衍变动力学做了一些研究，他们发现：

1、NCA结构衍变行为受充放电深度和充放电倍率的影响；

2、50% SOC充电状态，材料表层出现少量类尖晶石相转变，该转变在放电过程中可以恢复；

3、在90%SOC充电状态，表层和体相中出现明显的结构相转变。在低倍率（0.1C）下放电，相变基本恢复，但10C下放电相转变不再恢复。

吴层对于以上这种高镍正极材料中存在问题，提供了几种解决的策略：

策略1-结构设计

高层状结构的明显特点是（100）和（010）晶面是Li+迁移的活性晶面，晶体结构会影响制备工艺参数选择和容量、倍率性能、循环稳定性能、加工性能和安全性能。

策略2-水洗

经过水洗的处理之后，除去了LiOH和Li2CO3，LiOH转为Li2CO3改善性能，将包覆层取代残锂相吗，这会大大的改善性能。

策略3-表面包覆

在生产过程中，我们经常遇到界面产生副反应：煅烧过程中立方岩盐相生成；吸收环境水分和CO2，残锂杂相生成；充放电过程锂镍混排和NiO相生成；充电状态Ni4+与电解液分解反应。

如果继续表面修饰，这会抑制界面各类副反应的发生，同时提高循环稳定性能，安全性能和加工性能

策略4-混合电极

Peter Keil对以LCO/NCA为混合正极的全电池老化做了研究，他发现低温、高温和大倍率都会影响NCA电池寿命；混合电极减小了几何/机械应力，提高了电池寿命。