2021年3月18日，由中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會聯合電池中國網共同舉辦的第二屆新能源汽車及動力電池（CIBF深圳）國際交流會在深圳隆重召開。大會期間，蜂巢能源科技有限公司材料事業部總經理李子郯以《無鈷正極材料技術與應用》為題發表了主題報告。

以下為演講實錄：

我是蜂巢能源材料事業部李子郯，今天主要是給大家分享蜂巢能源無鈷正極材料的開發進展和應用。無鈷材料從廣義來說是分4種：1.鈷酸鋰；2.磷酸鐵鋰；3.立方晶體；4.高電壓型5V立方晶體。今天我講的是三元層狀結構的無鈷材料，就是把鈷去掉。

（圖）這是材料的結構，屬于六方晶體，這是鈷酸鋰和三元的結構，有金屬層、鋰金屬層，從排布來看，這種排布是最低能量，4價鎳是很活潑了。最右邊是三元的熱擴散圖，從鈷、鎳、錳三種元素合成的材料，顏色越紅越穩定，所以，我們開始進行無鈷材料、二元材料的設計就是下面這一條線路，錳和鎳，沒有鈷，50%是鎳，50是錳是最穩定的。我們就從黑色、深藍到淺藍的鎳錳的比例來設計這一款材料。

隨著鎳含量的升高，容量非常高，但是無鈷材料因為沒有鈷，錳多了，自然會帶來2價鎳就多了，2價鎳混排就比較嚴重了，大家可以看一個數據，2元無鈷的鋰鎳混排還是比較多了，跟三元材料相比，容量還是偏低的。

（圖）這是我們公司二元無鈷材料開發過程，這是國際學術機構對無鈷材料的開發過程，2003年開始，日本就開發了5050的鎳錳酸鋰，但循環比較差。2006年，采用離子交換法開發第一鎳鋰混排的5050材料，容量高達183毫安/克。去年北大做了高錳系的，容量高達250以上，這就屬于富鋰錳級的范疇了。同一年，開發了5644的，他們認為含鎳量5644比5050的情況更好。2015年，大家對于高鎳熱穩定性都不是很滿意，但從學術上看，對于90以上的三元材料有鈷和沒鈷，大家覺得有鈷的安全性更好一些，從他們的研究得出來的結論，有鈷反而不好，還不如鎳和錳。2020年，鎳90NCM和NCA，沒有鈷比有鈷的好多了。最近南理工的項教授做的也是，他們做的是富鋰錳級的，容量循環1400還能保持97%以上，這是做得非常好的。

下面介紹我們公司二元無鈷材料的開發進展，我們是從前軀體、元素比例、包覆、摻雜進行設計，設定一個鎳錳比例，再尋找前軀體，摻雜，摻雜非常重要，因為沒有鈷了，要想辦法找一種或者是幾種摻雜元素來穩定材料的結構。所有正極材料都需要包覆，液態電解液，尤其是高電壓情況下必須要找到合適的，離子擴散系數都要非常好的包覆材料。

（圖）這是我們開發的高鎳90系的多晶無鈷材料，它的容量是到200以上，而且5日多循環，能保持在97%以上。熱穩定性與811差不多。

（圖）第二種是單晶高電壓方面發展，把鎳含量進一步降低，鎳保持在70-80%之間，錳在20-30%，讓它適應在4.3V以上。這是單晶體形貌，可以發現顆粒分散度非常好，表面包覆非常均勻，如果要看更細節可以看透射照片了。在扣電狀態下，在50次循環在97左右，DSC溫度要高20%度左右。

下面介紹高電壓單晶無鈷材料在全電的發揮情況。這是我們公司電池團隊開發的MED115A/時的測試情況，大家可以看到常規循環基本上預計是大于2500次，45度高溫循環也是在1200次以上。

（圖）這是內阻情況。10%的情況下常溫內阻是可以，20%、50%、5%，在25%長度10秒放電，放電功率會大于2000瓦。

下面介紹一下無鈷電池的安全性的數據，這張圖片是展示熱箱時延，130攝氏度熱箱沒有起火爆炸。第二個實驗是提高20攝氏度，在150攝氏度的情況下，測試后反轉盤是反轉了，但是沒有起火和爆炸。過充，是用140%的過充條件，反轉了，但是沒有起火。這是針刺，針刺了5層也是沒有起火和爆炸，電池還是非常完好，大家可以看到極片，除了針刺之外，其他沒有什么大的變化。短路，測試條件，滿電，60度情況下進行的實驗，反轉盤也沒有打開。

下面介紹無鈷正極材料的發展方向，有三個方向：1.繼續層狀二元無鈷；2.無鈷富鋰正極，現在正在開發，低鎳和無鎳的材料，從260到300毫安/時/克；3.尖晶石的方向，我們在實驗室是130毫安/時/克，這個循環性能非常好。

下面簡單介紹一下蜂巢能源公司的情況，蜂巢能源脫胎于長城汽車的動力電池事業部，2018年獨立出來了，發展到現在，是以電芯和模組為主業，往上的正極材料、礦產資源，往下的儲能、光伏等全產業鏈路的布局。發展到現在，員工是3000+，研發人員占比達到52%，外聘專家是500，研發投入每年將近30億，計劃2050年要突破2G瓦時的產能建設。

（圖）這是河北保定的研發中心、這是無錫的研發中心，在國內是雙研發中心。這是常州的工廠，電芯是分三期，正極材料也是分三期，建完為止，正極材料可以達到2.5-3萬噸/年。同時，在今年建設馬鞍山工廠、遂寧工廠和湖州工廠，陸續在開工建設，感謝大家的聆聽。

（注：本文根據現場速記整理，未經演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請勿轉載！）

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