CIBF丨蜂巢能源李子郯：无钴正极材料技术与应用

2021年3月18日，由中国化学与物理动力工业协会动力电池应用分会、电池中国网联合举办的第二届新能源汽车及动力电池国际交流大会(CIBF·深圳)在深圳举行。大会期间，蜂巢能源科技股份有限公司材料事业部总经理李自勇发表了题为《无钴正极材料的技术与应用》的主题演讲。

以下为演讲实录:

我是蜂窝能源材料事业部的李子颖，今天主要分享一下蜂窝能源用无钴正极材料的研发进展和应用。广义的无钴材料有四种:1。钴酸锂；2.磷酸亚铁锂；3.立方晶体；4.高压型5V立方晶体。今天我讲的是三元层状结构的无钴材料，也就是除钴。

(图)这是材料的结构，属于六方晶体。这是钴酸锂和三元的结构，有金属层和锂金属层。从排列上看，这种排列是能量最低的，四价镍很活跃。最右边是三元热扩散图。钴、镍、锰合成的材料颜色越红，越稳定。所以我们开始设计无钴材料和二元材料，就是下面这条线。锰镍，不带钴，50%是镍，50%是锰，最稳定。我们从黑色、深蓝色到浅蓝色的镍和锰的比例来设计这种材料。

随着镍含量的增加，容量很高。但由于无钴材料中没有钴，锰多，自然会有更多的二价镍，二价镍的混排会更严重。你可以看到一个数据，2元的无钴锂镍还是比较多的，容量相比三元材料还是低的。

(图)这是我公司二元无钴材料的开发过程，这是国际学术机构对无钴材料的开发过程。日本从2003年开始研发5050锰酸镍锂，但是循环比较差。2006年用离子交换法研制出第一种Ni-Li混排5050材料，容量高达183 mA/g，去年北大做了高锰系列，容量超过250，属于富锂锰范畴。同年开发了5644，他们认为5644的镍含量比5050好。2015年大家对高镍的热稳定性不是很满意，但是学术上，对于90%以上的含钴和不含钴的三元材料，大家都认为钴更安全。从他们的研究中得出结论，钴不好，不如镍和锰好。2020年，镍90纳米和NCA，没有钴比有钴好得多。最近，南理工的项教授也做了同样的事情。他们做的是富锂富锰，1400容量循环还能保持百分之九十七以上，很不错了。

下面介绍我公司二元无钴材料的开发进展。我们从前驱体、元素配比、包层和掺杂进行设计，设定一个镍锰比，然后寻找前驱体、掺杂，掺杂很重要，因为没有钴，必须想办法找到一种或几种掺杂元素来稳定材料的结构。所有的阴极材料都需要涂层，液体电解质，尤其是高电压下，必须找到合适的涂层材料，具有非常好的离子扩散系数。

(图)这是我们研发的高镍90系多晶无钴材料。其容量在200以上，循环5天以上仍能保持在百分之九十七以上。热稳定性与811相似。

(图)二是单晶高压的发展，进一步降低了镍的含量，使镍保持在70-80%之间，锰保持在20-30%之间，使其能够适应4.3V以上，这是单晶形态，可以发现颗粒分散性非常好，表面包覆非常均匀。如果想看更多细节，可以看看透射照片。在断电状态下，DSC温度在97℃下经过50次循环后约高20%。

下面介绍高压单晶无钴材料在全电情况下的性能。这是我公司电池团队开发的MED115A/ h的测试。你可以看到正常循环基本预计在2500次以上，45度高温循环也在1200次以上。

(图)这是内阻。在10%的情况下，常温内阻还可以，20%，50%，5%，25%的长度10秒时放电功率会在2000瓦以上。

以下是无钴电池的安全数据。这张图是热箱延时，130摄氏度热箱没有起火爆炸。第二个实验是将温度提高20摄氏度。150摄氏度，测试后反转板反转，但没有起火爆炸。过度充电，在140%过度充电条件下，反向……d，但没有火灾。这是针灸。针刺五层后，不起火不爆炸。电池还是很完好的。你可以看到极片。除了针灸，没有大的变化。短路，测试条件，满电，60度实验，反盘没开。

下面介绍无钴正极材料的发展方向，有三个方向:1。连续层状二元无钴；2.现在正在研制的无钴富锂阳极，采用低镍和无镍材料，260 ~ 300mA/h/g；3.我们实验室的尖晶石方向是130mA/h/g，这个循环性能很好。

先简单介绍一下蜂巢能源公司的情况。蜂巢能源脱胎于长城汽车动力电池事业部，2018年独立。到目前为止，主要是以电池和模块为主，正极材料和矿产资源、储能、光伏等全产业环节的布局。截至目前，员工人数3000+，R&D人员比例52%，外聘专家500人，R&D投资每年近30亿。计划2050年突破2 GWh的产能建设。

(图)这是河北保定的R&D中心，这是无锡的R&D中心，这是中国的双R&D中心。这是常州的一家工厂。电池分为三相，阴极材料也分为三相。到建设结束时，阴极材料可达25-30，000吨/年。同时，马鞍山工厂、遂宁工厂、湖州工厂今年正在建设中。感谢您的聆听。

(注:本文根据现场速记整理，未经主讲人审核。仅供参考。请勿转载！)

扫描下方二维码，关注“第二届新能源汽车及动力电池国际交流大会(CIBF深)”直播专题！1 2021年3月18日，由中国化学与物理动力工业协会动力电池应用分会、电池中国网联合举办的第二届新能源汽车及动力电池国际交流大会(CIBF·深圳)在深圳召开。大会期间，蜂巢能源科技股份有限公司材料事业部总经理李自勇发表了题为《无钴正极材料的技术与应用》的主题演讲。

以下为演讲实录:

我是蜂窝能源材料事业部的李子颖，今天主要分享一下蜂窝能源用无钴正极材料的研发进展和应用。广义的无钴材料有四种:1。钴酸锂；2.磷酸亚铁锂；3.立方晶体；4.高压型5V立方晶体。今天我讲的是三元层状结构的无钴材料，也就是除钴。

(图)这是材料的结构，属于六方晶体。这是钴酸锂和三元的结构，有金属层和锂金属层。从排列上看，这种排列是能量最低的，四价镍很活跃。最右边是三元热扩散图。钴、镍、锰合成的材料颜色越红，越稳定。所以我们开始设计无钴材料和二元材料，就是下面这条线。锰镍，不带钴，50%是镍，50%是锰，最稳定。我们从黑色、深蓝色到浅蓝色的镍和锰的比例来设计这种材料。

随着镍含量的增加，容量很高。但由于无钴材料中没有钴，锰多，自然会有更多的二价镍，二价镍的混排会更严重。你可以看到一个数据，2元的无钴锂镍还是比较多的，容量相比三元材料还是低的。

(图)这是我公司二元无钴材料的开发过程，这是国际学术机构对无钴材料的开发过程。日本从2003年开始研发5050锰酸镍锂，但是循环比较差。2006年用离子交换法研制出第一种Ni-Li混排5050材料，容量高达183 mA/g，去年北大做了高锰系列，容量超过250，属于富锂锰范畴。同年开发了5644，他们认为5644的镍含量比5050好。2015年大家对高镍的热稳定性不是很满意，但是学术上，对于90%以上的含钴和不含钴的三元材料，大家都认为钴更安全。从他们的研究中得出结论，钴不好，不如镍和锰好。2020年，镍90纳米和NCA，没有钴比有钴好得多。最近，南理工的项教授也做了同样的事情。他们做的是富锂富锰，1400容量循环还能保持百分之九十七以上，很不错了。

下面介绍我公司二元无钴材料的开发进展。我们从前驱体、元素配比、包层和掺杂进行设计，设定一个镍锰比，然后寻找前驱体、掺杂，掺杂很重要，因为没有钴，必须想办法找到一种或几种掺杂元素来稳定材料的结构。所有的阴极材料都需要涂层，液体电解质，尤其是高电压下，必须找到合适的涂层材料，具有非常好的离子扩散系数。

(图)这是我们研发的高镍90系多晶无钴材料。其容量在200以上，循环5天以上仍能保持在百分之九十七以上。热稳定性与811相似。

(图)二是单晶高压的发展，进一步降低了镍的含量，使镍保持在70-80%之间，锰保持在20-30%之间，使其能够适应4.3V以上，这是单晶形态，可以发现颗粒分散性非常好，表面包覆非常均匀。如果想看更多细节，可以看看透射照片。在断电状态下，DSC温度在97℃下经过50次循环后约高20%。

下面介绍高压单晶无钴材料在全电情况下的性能。这是我公司电池团队开发的MED115A/ h的测试。你可以看到正常循环基本预计在2500次以上，45度高温循环也在1200次以上。

(图)这是内阻。在10%的情况下，常温内阻还可以，20%，50%，5%，25%的长度10秒时放电功率会在2000瓦以上。

以下是无钴电池的安全数据。这张图是热箱延时，130摄氏度热箱没有起火爆炸。第二个实验是将温度提高20摄氏度。150摄氏度，测试后反转板反转，但没有起火爆炸。过度充电，在140%过度充电条件下，反向……d，但没有火灾。这是针灸。针刺五层后，不起火不爆炸。电池还是很完好的。你可以看到极片。除了针灸，没有大的变化。短路，测试条件，满电，60度实验，反盘没开。

下面介绍无钴正极材料的发展方向，有三个方向:1。连续层状二元无钴；2.现在正在研制的无钴富锂阳极，采用低镍和无镍材料，260 ~ 300mA/h/g；3.我们实验室的尖晶石方向是130mA/h/g，这个循环性能很好。

先简单介绍一下蜂巢能源公司的情况。蜂巢能源脱胎于长城汽车动力电池事业部，2018年独立。到目前为止，主要是以电池和模块为主，正极材料和矿产资源、储能、光伏等全产业环节的布局。截至目前，员工人数3000+，R&D人员比例52%，外聘专家500人，R&D投资每年近30亿。计划2050年突破2 GWh的产能建设。

(图)这是河北保定的R&D中心，这是无锡的R&D中心，这是中国的双R&D中心。这是常州的一家工厂。电池分为三相，阴极材料也分为三相。到建设结束时，阴极材料可达2.5-3万吨/年。同时，马鞍山工厂、遂宁工厂、湖州工厂今年正在建设中。感谢您的聆听。

(注:本文根据现场速记整理，未经主讲人审核。仅供参考。请勿转载！)

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