7月7日，2021中国国际锂电产业大会（简称金砖锂电论坛）在上海汽车会展中心顺利召开。本届金砖锂电会议为期两天，主题为以“新技术、新应用、新发展”为主题，采用“会议论坛+展览展示+体验营销”三位一体的创新模式，多项重点活动同期同地举办，充分协同联动，品牌效应和影响力大幅提升。
李子郯出席论坛并发表主题演讲——《蜂巢能源无钴正极材料开发进展及应用》。主持人：感谢李博士的精彩分享，李博士从材料全球的形式以及不同材料的情况给大家做了分享，我相信大家对于行业未来材料的突破也会非常关注，也请大家多关注主办方和李博士、行业的情况。接下来有请蜂巢能源科技有限公司总经理-李子郯给我们带来《蜂巢能源无钴正极材料开发进展及应用》。李子郯：谢谢主办方邀请，让我跟同行分享一下蜂巢能源在层状无钴材料的开发进展和应用。无钴正极材料从广义上讲，没有裹（音）的都是无钴正极材料，包括磷酸铁锂、磷酸铁锰锂，还有尖晶石锰酸锂、尖晶石镍锰酸锂、无钴富锂锰基的正极材料。今天着重讲类似于钴酸锂和三元材料相同结构的层状结构无钴材料，实际上把三元的镍钴锰的钴直接取掉，变成二元的镍锰酸锂。大家可以看到，各种无钴正极材料的能量密度，层状的大约能到70Wh/kg，富锂锰基的锰最高，尤其是无钴、低镍的，其实目前的研发进展有诸多的缺点，主要是电压降、循环差，可能还是需要着重解决的问题。 最后的镍锰酸锂是尖晶石型，它是5V的，其实电压平台对于石墨来讲是4.5V。这款材料从材料层面讲，镍锰酸锂开发得相对比较成熟，目前我们实验室开发的，做到B样的镍锰酸锂，1C容量达到将近140。其实理论容量密度148，跟尖锰一样，所以材料做得很好，现在等待我们有5V的电解液支持。如果有高电压电解液来支持的话，其实这款材料的能量密度甚至比磷酸铁锂高40%，成本和磷酸铁锂差不多。如果有高电压电解液出现，这款镍锰酸锂的低成本还是很有希望的。这是层状无钴二元材料的结构，跟钴酸锂一模一样，六方晶体结构。大家从三元热稳定性的相图可以看到，颜色越深，热稳定性越好。如果把钴去掉，我们就在下面那条线，镍锰的比例处于中间值，比如0.5、0.65、0.75，热稳定性很好，不像大家说的没有钴，热稳定性不好，其实去掉钴，做出来的材料热稳定性还是很好的。我们从XRD得到无钴正极材料氧离子混排比较高，尤其是镍越多，氧离子混排越多，最高能达到7%、8%以上。尤其是掺杂元素的选择，还有掺杂的工艺，尽量把去掉钴的二元材料的氧离子混排效率减下来。这是国际上层状无钴材料研发的进展，二元的层状无钴材料在十多年前就开始开发，日本的专家做5050中镍的无钴层状材料，在4.5V高电压的情况下，发挥到200mAh/g，但循环比较差。美国教授用离子交换法，也是5050，容量也是不错，但是倍率还是比较差。再一个离子交换法大批量量产的工艺非常困难，不如目前常见的高温固相反应法。美国Goodenough教授也做过，他的理论是镍含量在55左右，发挥的性能***，而且循环非常好。近年来，国内往高镍、超高镍方向去发展。他们的实验结果得出，在超高镍的情况下，在钴摩尔比（音）小于、等于5%的情况下，有钴和没钴都一样，甚至有钴起到相反的，对性能优损害的作用，这个可能需要我们各个同行在超高镍加以检验，到底有钴性能更好，还是无钴性能更好。实际上从成本上讲，比如镍在95%左右，成本上有钴、没钴差不多，成本相差很少。下面我着重介绍一下我们公司的层状无钴材料开发进展，从四部分作为材料设计：我们自己有自己的前驱体开发实验室，***个就是单晶化，这也是目前国内三元材料走得一条很好的道路，单晶高电压化，现在市场上中镍5系、6系高电压的产品越来越多，而且装车的Park电池系统越来越多。比如613做到4.4V，1/3 C的容量已经到190以上，跟现在的4.2V 8系能量密度几乎差不多。刚才我从三元热稳定相图可以看出来，镍含量在50-80%之间做一个选择，也可以做成系列化。掺杂是钴去掉之后，我们选择什么样的元素掺杂，取代钴在结构里起的作用，这是很重要的。包覆是所有正极材料，包括磷酸铁锂是增加电导率。二元无钴材料的包覆主要起到减少电解液的副反应，尤其是高电压的体系。从这四部分，我们着手材料设计，这是早期开发的高镍无钴材料，这是多晶的，大概10个微米。0.1C模拟电池、半电池容量可以达到208mAh/g，循环性能50次循环，还是在97、98左右。这是无钴中镍，大约在50-60%镍含量，循环性能几乎不衰减，比高镍的循环性能强多了，同时DSC的峰值温度将近250度，体现出来热稳定性非常好。这款是中高镍的单晶产品，这也是蜂巢能源今年第二季度量产的材料，我们在模拟电池0.1C可以发挥在190mAh/g，EC在170-175之间。如果做成实际电池，方形电池三分之一C常温的容量可以保持在180mAh/g，能量密度可以做到245Wh/kg，比8系的电池低3-5%的样子。 首先蜂巢能源在1.5倍的MEB这款电芯上开发无钴电池体系，这是C样，现在已经循环到1500-1600次，大约能保持在90%左右。我们的A样已经循环到2500次，还保持在80%以上。这款材料在4.3V，比8系的体系高0.1V。突出的优点，一个是循环性能比8系强多了，至少达到2500次以上，高温循环也非常好，能达到1500次以上。这是常温和高温的内阻性能，大家经常说缺了钴，是不是对于电子导电率和离子导电率都有影响？比如选择导电强的包覆剂，可以弥补钴缺失的功率表现，实际电池的功率还是非常不错。这是低温的，零下20度的电池表现确实比三元电池来得差一些。这是安全性能的测试，首先这是热箱，在130度轻轻松松过了，防爆阀没有打开，也没有起火爆炸，电池还是保持原样。在150度的情况下，热箱防爆阀打开了，但是没有明显的火苗产生，所以安全性比8系好得多，8系电池140度热箱过可能还是比较危险的。这是过充，我们在140%的SOC过充，其实防爆阀打开了，但是没有起火，没有明显的火苗，这款电池就是1.5倍的MEB电芯。这是针刺，蜂巢能源采用叠片的工艺，所以电池里都是一片一片的，针刺的七层测试之后电池保持原样，没有起火，没有明显的热失控。这是人为短路，短路的情况下，60度的环境下，通过人为短路，防爆阀没有打开，电池保持原样，没有发生爆炸。从过充、针刺、短路等所有实际电池的表现，我们觉得比811体系的电芯安全性能好得多。首先无钴层状继续迭代，我们把镍尽量往下压，能把成本尽量降下去，同时提高电压，能保持能量密度的不变。比如说现在是70%的镍，降到50%的镍，同时提高电压，能量密度保持不变，成本也能下降10%左右。第二个是无钴富锂的正极，同时在做低镍的无钴富锂，还有无镍的无钴富锂，是纯锰。锰这方面，北京大学的夏教授用离子交换法做的纯锰酸锂性能还是不错，容量几乎能达到250mAh/g，就是循环、电压降是着重要解决的问题，在持续开发。第三个是无钴尖晶石镍锰酸锂，从正极材料端来讲还是相对比较成熟，以后看有高电压电解液继续开发电池体系、平台体系。蜂巢能源是2018年才成立，算是行业里的新军，它是在2013年长城汽车底下建的动力电池事业部，经过五年的酝酿、发展，于2018年独立出来，脱离于长城汽车，现在是长城汽车的兄弟公司，算是卫董事长的二次创业。蜂巢能源还是以做电池为主，电芯、模组、Park、MBS是主业。向上正极材料也有材料事业部，专门开发正极材料。再往上锂盐也布局了澳洲皮尔巴拉的锂矿，同时在国内也入股了一些氢氧化锂、碳酸锂的锂盐公司。同时前驱体、硫酸镍方面也积极布局，往下还有储能事业部，主要做储能这一块，无论是磷酸铁锂体系，还是钠离子体系，上个月储能事业部用的是中国海纳的钠离子体系装了大的兆瓦级储能电源。长城汽车的回收，责任主体还是归在蜂巢能源，这是我们避不开的，回收计划和前驱体绑定在一块共同做。目前蜂巢能源经过三年多的发展，现在员工有4000+，其中52%是研发人员，超过500名外聘专家，已经将近30亿的研发投入，计划在2025年要建成200G以上的电池生产线。目前在四川的遂宁、安徽的马鞍山、江苏溧水、浙江湖州都在布局电池工厂。
这是保定的研发中心，这是蜂巢能源成立的根据地，现在也是最重要的技术中心。这是无锡的研发中心。这是常州电池工厂，这是蜂巢能源***个量产工厂，一期4GWh已经建完，二期8GWh三条线已经安装80%的进度，大约今年第三季度完全安装完毕。左侧厂房是正极材料的工厂，我们在常州工厂和正极材料规划2万吨的每年规模，供给蜂巢能源22GWh电芯的需求量。欧洲电池工厂选址已经选定完了，在德国一个地方，前期先做一个Park厂，来共用欧洲的客户，总投资大约20亿欧元。第二步做电芯，甚至正极材料，因为有些欧洲的客户有硬性的规定，我买你的产品，电池和正极材料必须都在欧洲本土化，这是正极材料一期的生产线。这是遂宁的智能制造工厂，目前已经开建，可能正在基建过程中。这是马鞍山生产基地，在第三季度，***条无钴电池生产线，即将在马鞍山投入使用，大约在第四季度115安时的这一款无钴电池装在国内客户的某一款车上，第四季度面向客户对外销售。这是全国甚至全球***款层状无钴材料做的电池，应用到实际的汽车上。
（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅，仅作为参考资料，请勿转载！）
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