磷酸锰铁锂电池与钠电池的未来
翻倍主升浪
2022-07-21 10:05:45
2022年7月20日，当升科技举办战略新品全球发布会，发布6款战略新品。下文资料来源均为当升科技战略新品全球发布会。
一. 当升科技介绍
2022年当升科技采用大产能，高效率，低能耗的工艺技术和装备，产能效率创新高，单线年产能提升约140%，人均效率提高约50%，产品单吨电耗下降约30%，人均创利增长约125%。供给中、日、美、欧、韩等国家的锂电企业及车企，国际业务占比超70%。
二. 6款战略新品
1. 超高镍无钴材料
技术挑战：1）体相扩散动力学慢，2）锂镍混排严重，3）H2-H3相变剧烈，4）表界面副反应。
去除钴带来的问题有：1）倍率性能差，2）容量低，3）微裂纹循环差，4）产气，阻抗增加。
解决方案：1）采用新型的材料设计-海绵结构设计；2）在材料中去除5%的钴，采用ppm级多组分协同掺杂，增加容量和倍率，弥补钴去除后带来的性能下降；3）通过对材料的立体修饰：体-界-表三维修饰。
对标NCM90（单晶和多晶组合而成），95F（超高镍无钴材料）镍含量95%，容量220mAh，倍率特性和循环寿命可以匹敌有钴的三元材料。虽然去除钴，但性能和动力依然十足，能满足未来方形电池、大圆柱电池、软包电池的运用。
2. 新型富锰正极材料
技术挑战：1）离子迁移带来的结构的不可逆转变，从层状结构向尖晶石结构转变，电压衰减严重，2）阴离子参与氧化还原反应，产气严重，3）这个材料要运用在4.6v/4.8v的电压下，比现在锂离子电池的工作电压更高，因为高电压下界面副反应多，导致循环性变差，4）Li2MnO3 电子导电性低，倍率性能差。
解决方案：1）采用多孔道高强度高活性晶面前驱体设计，2）调控“表面-体相”径向锂浓差，3）设计核壳结构，稳定材料界面，使材料和电解液的相容性更好，4）通过高球形度复合，提升材料密度。
LR-M7（新型富锰正极材料），比容量248mAh/g，能量效率91.3%，首次库伦效率85.7%，1C容量倍率88%，电压保持率97.6%（业界最高水平），容量保持率93%，电极密度2.9g/cm3。
产品会继续迭代升级，随着应用场景的不同，客户电池技术的变化，公司会为他们定制化的开发。
3. 磷酸锰铁锂材料
技术挑战：1）Mn和Fe的均匀分布问题，生产磷酸铁锂需要磷酸铁作为前驱体，暂时行业没有磷酸锰铁锂的前驱体，技术难点是锰和铁难以再前驱体阶段实现混合，有些同行会买磷酸铁前驱体再加入更多的锰、磷、锂，2）电导率低，3）姜-泰勒效应，4）锰溶出。这些带来了容量低、倍率差、循环差、压降大的问题。
解决方案：1）独特的前驱体技术实现锰和铁原子级融合，2）多元素组合改性，提升电导率和结构稳定性，3）工艺兼容性好，现有的磷酸铁锂产线可以生产磷酸锰铁锂。
LMFP-6M1（磷酸锰铁锂材料），锰含量65%，比容量155mAh/g，倍率、循环寿命、电压保持率都高于市场上同类产品。磷酸锰铁锂是酸锰铁锂的升级产品，单独使用的话，电池能量密度可以提高15%-20%，也可以和高镍和超高镍材料一起使用，进一步提高能量密度和安全性能。并且当升科技解决了能效、首效、倍率、压降、寿命、密度、容量七大关键技术难题。
4. 固态电解质
固态电解质是专门为固态电池设计的，采用氧化物体系，相比于硫化物和聚合物有综合的性能优势，便于规划生产和应用。
技术挑战：1）离子电导率低，2）纳米化后性能劣化，3）公司之前生产的都是微米电子材料，需要实现纳米化生产的话，生产制备工艺复杂。
解决方案：1）通过特殊组分设计，调控锂离子通道，2）通过多元素的靶向修饰，稳定材料结构，3）实现全流程纳米化的一体化工艺设计。
E8（固态电解质），颗粒度160nm，面积30平方米，面积更大更容易分散，导致电子电导率比同行产品高很多。固态电解质用于固态电池，正极材料之间，也可以用在液态和半固态电池中，用于正极材料涂层和隔膜涂层。在半固态电池规模化应用的阶段，如果减少液态电解质的话，电池倍率和循环寿命会减少，通过在隔膜上用固态电解质，容量倍率和循环寿命得到大幅度提升。并且公司可以实现纳米尺度的规模化生产。
5. 双相复合固态锂电正极材料
双相复合固态锂电正极材料是超高镍的三元正极材料和固态电解质有机的结合。
技术挑战：1）正极材料颗粒与颗粒的接触问题，造成NCM颗粒间接触失效，2）正极材料和电解质固固界面阻抗高、接触稳定性差。
解决方案：公司基于理论模型实现超高镍单晶化，使单晶材料的接触面更大，充放电过程中体积变化更小，相互之间接触更加稳定，抑制接触失效。在正极材料表面，原位构筑快离子导体，改善固固界面，使正极材料和固体电解质融为一体。同时涂层还能抑制正极材料表层氧的析出，改善电池的循环寿命和层出特性。
93SS（双相复合固态锂电正极材料），容量倍率由于引入快离子导体得到提升，同时安全性得到明显改善。客户在导入全固态电池的同时，目前部分应用于半固态电池。客户反馈得到的电池的安全性达到使用要求。
6. 新一代钠电正极材料
技术挑战：1）钠离子电池的工作离子是钠，钠的粒子半径比锂离子更大，需要层状材料更大的晶格层数，带来的问题是晶体结构稳定性差，2）材料充放电过程中有更多的相变，3）钠离子很容易和空气中的水和二氧化碳反应。这些导致材料循环寿命差，容量低，残碱。
解决方案：1）采用特殊微晶结构的均相前驱体设计，2）系统优化高温固相结晶调控技术，3）多层级多元素协同修饰。
资料来源：当升科技，国盛证券研究所
SNFM-K3（新一代钠离电正极材料）：比容量177mAh/g，效率91%。循环保持率以及0.33C和1C的容量倍率达到业内最好水平。对标锂电多元材料，现有产线可以用于钠离子材料，生产产业化技术成熟。
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