三元电池进入高能量密度新时代

天津力神在氧化镍钴铝锂(NCA)正极材料前期研究基础上,开发高比能量、长循环寿命、良好安全性能的锂离子动力电池用高镍系正极材料;通过纳米制备、纳米分散、包覆及预嵌锂等多种技术,研制容量高、首次效率高、循环稳定性及倍率性能好的硅碳负极材料.

据悉,天津力神基于该体系开发了电芯单体的比能量达到302wh/Kg,体积能量密度大于642Wh/L,25℃下1C充放电循环710次(100%DOD),容量保持率达到80%;同时通过优化电解液配方,循环性能明显改善,目前循环285次(100%DOD)容量保持率高达96%.这一工作为开发出比能量300Wh/kg、循环寿命1500次的锂离子电池单体奠定了基础.

近几年,高能量密度的要求促使国内电池企业不断向高镍三元材料布局.磷酸铁锂材料受到本身性能的限制,以目前的技术难以在2020年达到国家相关规划中对能量密度的要求,三元的NCM111和NCM523等材料也很难预期达到单体能量密度300wh/kg的目标.目前主流的NCM523可以达到160-200wh/kg,而NCM622和NCM811分别可以达到230wh/kg和280wh/kg.所以要实现对动力电池能量密度的高要求和续航里程的延长,必须要大力发展高镍三元材料.

高镍三元材料主要指镍含量高的三元材料,目前常见的有NCM622、NCM811和NCA.在高镍三元材料中,Ni主要的作用是提供容量,含量越高电池的能量密度越大;而Co贡献一部分容量的同时可以稳定结构;Mn/Al主要用来稳定结构,三者协同作用,共同发挥出三元材料高能量密度、较低成本等优点.