三元材料成为主流-如何选材？-汇杰锂能

三元材料我们又称之为三元正极材料，是我们选材中必须考虑的一种正极材料，尤其在锂电池选材的时候，通常会遇到别人问，你是选择碳酸锂电池，还是三元电池，还是磷酸铁电池，这时候我们就需要有专业的眼光进行看这个问题，谁是这个行业的主流，哪一种占据着绝对的优势，这时候我们就需要看三元材料，三元材料作为大家首页，不仅仅是因为国家补贴，更多的是能量密度高，市场的选择。

三元材料成为主流

经济学家常常用供给与需求两条曲线分析市场，两者的交叉就是平衡点。动力电池企业也应用这个原理分析产品发展趋势。

宁德时代新能源科技有限公司副总裁、首席科学家吴凯展示了动力电池能量密度与成本之间的关系。随着规模扩大、技术进步，成本曲线向下倾斜；克服“里程焦虑症”的办法只有提升能量密度，这也是我国政府和行业鼓励的方向。向上的能量密度曲线与成本曲线形成交叉点，三元材料企业围绕于此做文章，也是目前做得最好的。

吴凯说：“企业对电池的设计都是从成本与能量密度的平衡着眼。在平衡点之下，三元材料占有优势；在平衡点之上，硅基负极体系和固态电池占有优势。在固态电池还不能商业化的背景下，三元材料体系成为主攻目标。”

近期，在多个产业发展论坛上，企业和科研机构的专家均谈到，磷酸铁锂电池受到自身材料性能的限制，以目前的技术水平难以在2020年达到国家规定的能量密度要求，而三元材料中的NCM111和NCM523等类型电池也是如此。

据专家介绍，目前主流的NCM523三元材料，能量密度可以达到160～200Wh/kg，与300Wh/kg有较大距离。科研人员提高三元体系中镍的含量，电池的能量密度显著提高，NCM622和NCM811分别达到230Wh/kg和280Wh/kg。为了达到300Wh/kg的目标，高镍三元材料成为必然的选择。

数据显示，2018年一季度，国内三元材料产量31670吨，同比增长64.26％。其中，常规NCM型号占比78％，NCM622型号占比14％，NCM811/NCA占比8％，NCM811产量大幅增长。

目前，高镍三元材料有两种路线，分别是NCM（镍钴锰）和NCA（镍钴铝）。在高镍三元材料中，镍的主要作用是提供容量，其含量越高，电池的能量密度越大；钴元素在贡献一部分容量的同时起到稳定结构的作用；锰/铝主要用来稳定三元体系结构。

如何选择正极材料?

1. 从材料特性分析

1)镍钴锰酸锂三元材料的能量密度比较高，导致生产出来的电池体积较小，重量较轻；

2)镍钴锰酸锂三元材料的电子电导低，必须加入碳黑或进行改性才能够提高电导率，但这样又会导致体积变大，增加电解液；

3)镍钴锰酸锂三元材料在低温情况下电子电导更低，其低温性能是其应用于动力电池的另一障碍。

目前，美国Valence科技、A123公司和加拿大Phostech公司等国际级大公司能够提供磷酸铁锂的样品和电池，但这些样品与目前成熟的锰酸锂相比，电压、密度、大电流和低温性能都相差较多。有一数据可表明，以磷酸铁锂为正极的18650电池的容量仅能达到1300mAh/g ；但是相比三元正极材料，磷酸铁锂电池的效果就会差很多。

2. 从技术成熟度分析

由于安全性过关，磷酸盐是锂电池正极材料的发展趋势。但由于磷酸铁锂与锂离子电池的应用时间远远短于钴酸锂和锰酸锂，还停留在产品应用的初级阶段，需要经历一个由小到大的发展过程，所以目前不可能成为动力型锂离子电池的主流正极材料。在相比三元材料，三元材料基本在523三元材料已经很稳定，但是高镍622三元材料已经完成基本安全性能测试；相比磷酸铁锂，材料相对会差一点；

3. 从电池成本分析

磷酸铁锂的制造需要碳酸锂做主要材料，还需要氩气与氮气等保护气，制造成本很大。目前国际市场最好的磷酸铁锂价格是30多万元/吨，但产量很小，批量不稳定；国内的价格是在15-16万元/吨，在未来的3-5年之内，磷酸铁锂的价格会居高不下，目前，锰酸锂的价格是8-10万元/吨。但是相对来说三元材料，价格通常在20多万，相比正极材料成本，磷酸铁锂的优势也相当明显

4. 从实现批量生产的可行性分析

正极材料的成本只是电池成本的一部分，正极材料的价格下降不会给电池整体成本带来本质的影响。在电池的生产制造中，正极材料仅占原材料中的15%-20%，还需要考虑电解液、制造工艺，良品率低等问题，其中，磷酸铁锂电池制造工艺问题还有待解决。目前，从试验室中是能够做出动力磷酸铁锂电池，但磷酸铁锂的材料稳定性差，材料工艺比较复杂，涂膜难，制备过程难，进入批量生产尚需时日。三元材料的的工艺已经非常成熟，而且大量的厂家开始投入三元材料的研发和三元材料设备的研发，可行性方面三元材料和磷酸铁锂正极材料在伯仲之间。