


动力锂电池已经成为电动汽车性能对比的标杆。然而,正极材料才是动力锂电池最为关键的原材料,它的性能直接决定了锂电池的主要性能指标,在总成本中占据30%以上的比例。
高镍型高能量,电动汽车长续航
据了解,目前已经商业化应用的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料等产品。国内电动汽车发展初期,动力电池由采用磷酸铁锂正极材料的电池主导。 随着乘用车对长续航里程的需求越来越迫切,必须开发更高能量密度的锂电池正极材料。高镍三元材料可以显著提升锂电池的能量密度,在单位体积或单位重量的电池中可储存的电量更多,因而逐渐成为乘用车动力电池市场的主流。从技术角度来看,三元材料能量密度、输出特性、循环寿命、存储稳定性、安全性等主要性能指标相对而言比较均衡,因此是未来动力电池正极材料的主流方向。
与常规三元材料相比,NCM622比容量高,用其制作的电池能量密度可达到230Wh/kg以上。因而NCM622是当前乃至未来几年内高端大型动力电池的首选正极材料。从未来市场趋势来看,电池单体的能量密度要达到280Wh/kg,甚至300Wh/kg以上,所以高镍三元材料的应用将会成为一个长期的主流趋势。
攻难关破瓶颈,掌握关键技术
NCM622材料的开发不易。做高能量密度的三元材料,通过高镍化或者提高工作电压,将能量密度提升,但是其的循环寿命、高温存储特性会降低,安全风险会增大,要解决这些问题的技术难度很大。 目前国际上只有少数技术领先的公司进行了动力锂电高镍三元NCM622的开发,现在也仅有三五家实现量产。
通过对关键工艺技术的不断改进,陈彦彬带领团队攻克了高镍三元材料产品的众多行业关键难题,建立了一整套处于行业领先水平的产品设计及其清洁高效制造技术。
首先采用硫酸盐体系连续法合成一定规格的高密度球形前驱体,所得的前驱体具有特定的粒度分布,良好的球形度、结晶度、内部结构和颗粒强度,有利于制备综合性能优异的三元材料。进一步,将前驱体与碳酸锂通过高效混合设备快速混合,在一定的烧结温度曲线以及气氛条件下进行高温烧结,使锂盐与前驱体充分接触并完全反应。烧结料经过粉碎、分级,制备出微米级的超细粉体,再经过多元素、多物相的表(界)面协同改性处理,大幅提升了材料的稳定性,有效抑制了电解液在正极表面的氧化分解和对正极材料的侵蚀溶解等副反应,达到提升材料结构稳定性和化学稳定性的目的,最终制备出综合性能优异的NCM622材料。
工程化产业化,成果转化促发展
我国锂电正极材料行业发展不过十余年的时间。在锂电正极材料的制备技术方面,整个行业的技术水平不高。而项目团队所研发的高能量密度NCM622正极材料,实用电池的常温充放电寿命可达4000次以上,远高于国际同行2200次的水平,高低温性能、安全性也大幅提高,该产品在中高端电动汽车上大规模应用。该项技术的产业化不仅满足了高端锂电材料的市场需求,同时也推动了国内锂电正极材料工艺技术从传统制造向清洁高效自动化智能化的方向发展,对促进行业整体水平的提高起到了示范引领作用。
在高精尖产业发展政策的指引下,把技术创新作为发展战略的核心,不断增强创新能力和核心竞争力,为全国科技创新中心贡献了重要力量。