淺析三元鋰正極材料的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著新建產(chǎn)能的陸續(xù)完工投產(chǎn)，今年以來以三元鋰材料為正極的動(dòng)力電池已經(jīng)大范圍取代了過去以磷酸鐵鋰材料為正極的動(dòng)力電池。作為這樣一個(gè)變化的結(jié)果，三元鋰材料中需求彈性最大的原材料鈷就如我年初文章中所提及的那樣價(jià)格一路上揚(yáng)。但是三元鋰材料究竟是什么，什么是NCM、NCA，什么又是111、532、622和811，其未來又會(huì)如何發(fā)展，就請聽我慢慢道來。

根據(jù)定義所謂三元材料是指由三種化學(xué)成分(元素)，組分(單質(zhì)及化合物)或部分(零件)組成的材料整體。在鋰電池的正極材料中其一般均指的是化學(xué)組成為LiNixXyCozO2的材料。其中X為Mn時(shí)就是NCM，而X為Al時(shí)指的就是NCA。而所謂111、523、622和811則均指的是NCM材料中x、y、z三個(gè)數(shù)字的比例，比如622中的x：y：z就等于6：2：2，其化學(xué)組成就是LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2。其實(shí)從材料的微觀結(jié)構(gòu)來看，NCA和NCM非常類似，所以其與NCM類似也有很多不同元素比例的亞種，但是由于其中真正走向產(chǎn)業(yè)化規(guī)模制造的目前只有松下為首在使用的LiNi0.8 Al0.05Co0.15O2，因而最后NCA就演變成了對它的特指。

由此可見所謂三元材料其實(shí)指的是一大類材料，那么問題也就來了，究竟其中的哪一種才是未來的發(fā)展方向呢?從目前流行的幾篇賣方報(bào)告來看，大家對于NCM的發(fā)展預(yù)期是比較一致的，最早是111，隨后是532，而接下來是不少電芯龍頭企業(yè)要上的622，未來則會(huì)變成811。這樣的發(fā)展趨勢是因?yàn)樵贜CM材料中Ni和Co是主要的活性材料，而Mn只是為了在充放電過程中維持材料的穩(wěn)定性而添加的，其中鋰離子的遷移活性很弱，而Ni相比Co電壓更高，且容量更大，因此為了不斷提升材料的比容量，其發(fā)展趨勢必然是向著Ni越來越多，Mn越來越少的方向進(jìn)步，因此自然而然是由111到523再到622最后到811(如表一)。

表一、各類NCM材料的比容量

來源：《高能量密度鋰離子電池正極材料的發(fā)展趨勢》

但對于未來是NCM還是NCA，這些報(bào)告中的觀點(diǎn)卻大相徑庭。然而究竟孰是孰非，即便是產(chǎn)業(yè)界也難以得出一致的結(jié)論。事實(shí)上，NCA和NCM是非常相似的兩種鋰電正極材料，均是由鈷酸鋰發(fā)展而來——其中Ni和Co是主要的電活性原子Al和Mn起的只是穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的作用。因此無論是NCM還是NCA，未來是誰關(guān)鍵還是得看產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用后誰的Ni含量更高，兩條技術(shù)路線本身并沒有什么高下之分，甚至NCM由于Mn的穩(wěn)定性更好還可能有著安全性上的優(yōu)勢。

就目前的情況看，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的Tesla電池中的正極材料NCA中Ni含量已經(jīng)達(dá)到了80%，日本住友最新的實(shí)驗(yàn)品種甚至已經(jīng)超過了85%，而NCM中可與NCA一較高下的811還遠(yuǎn)未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，可見在一段時(shí)間內(nèi)，最高端容量型鋰電的市場還將主要是NCA路線。而我國由于NCA制造技術(shù)和供應(yīng)鏈的落后，短期內(nèi)難以出現(xiàn)大規(guī)模的NCA電池產(chǎn)能，要想與日韓一較高下，恐怕只能寄托于國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)在811上的后來居上了。

幸運(yùn)的是622的技術(shù)難關(guān)已被突破，當(dāng)升、杉杉等正極材料企業(yè)都有了成規(guī)模的622材料供應(yīng)能力，而國軒、CATL等電芯企業(yè)也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了622電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，那么在一兩年后的未來，讓811走進(jìn)汽車?yán)镆膊⒎峭耆豢赡堋Ｒ虼藢τ谏罡@一領(lǐng)域的投資者而言，在產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩和2020年實(shí)現(xiàn)300Wh/kg能量密度的目標(biāo)背景下，尋找到這樣一個(gè)具有實(shí)現(xiàn)811產(chǎn)業(yè)化技術(shù)潛力的投資標(biāo)的就顯得尤為重要了。