蜂巢能源李子郯：发展无钴二元正极材料是未来重要趋势

 
日前，“第二届新能源汽车及动力电池（CIBF2021深圳）国际交流会”在深圳举行，在风帆有限责任公司冠名的“软包电池核心材料及先进技术突破”专场论坛上，蜂巢能源科技有限公司材料事业部总经理李子郯在“无钴正极材料技术及应用”的主题演讲中，介绍了当前无钴电池材料体系研发现状、无钴正极材料发展方向，以及蜂巢能源无钴电池开发进展等。

据李子郯介绍，从广义上来讲，像包括磷酸铁锂材料也是无钴材料的一种，但狭义来讲，业界将无钴材料主要界定为无钴二元（NMx）、无钴富锂(LMR)、LiFePO4(LFP)、LiMn2O4(LMO)、LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)等材料。李子郯表示，高电压电解液尚未成熟，所以LMR和LNMO应用比较困难，“鉴于钴资源储量稀缺、电池降本需求等因素，发展无钴二元正极材料是未来的重要趋势。”

事实上，无钴二元正极材料研发有较长的历程。据李子郯介绍，早在2003年，日本机构就开发了镍锰比为50:50的镍锰酸锂材料，但当时循环性能比较差，没有大的突破；随后在2006年，Ceder教授采用离子交换法开发了低Li/Ni混排(4.3%)的LiNi0.5Mn0.5O2，6C容量高达183mAh/g，但此方法存在应用比较困难的瓶颈；同年，Goodenough教授开发了LiNi0.56Mn0.44O2，Li/Ni混排5.6%，但容量较低。近几年包括Jeff Dahn 、ArumugamManthiram、Yang-Kook Sun等学者均证实了无钴高镍正极材料的可行性。

蜂巢能源2020年正式对外发布了全球首款无钴正极材料电池，根据规划，该款电池将于今年年中正式上市装车。据李子郯介绍，因为从三元材料中拿掉钴，就需要通过采用其它办法来稳定材料结构。在开发思路上，蜂巢能源基于对容量、稳定性、循环、倍率等性能要求，通过元素比例、掺杂、包覆、前驱体等多个维度进行无钴正极材料的开发。

其中元素端，通过计算和实验结合的方法，设计Ni和Mn比例，以达到最优，将Li/Ni混排降低到最低，同时具有较低的内阻。“没有钴了，需要找到一种或者几种掺杂元素来稳定结构，”李子郯进一步补充道，同时所有正极材料都需要包覆，尤其是高电压情况下必须找到合适的、离子扩散系数非常好的包覆材料，公司采用了纳米化网络包覆技术。此外，在前驱体端，公司团队优化前驱体粒度分布、颗粒强度等降低内阻，提高循环。

据了解，目前蜂巢能源在无钴中镍、无钴高镍等多晶，以及无钴中镍单晶正极材料等方面都已经有深入研究和产品布局。

其中公司开发的高镍90系多晶无钴材料，容量在200mAh/g以上，循环性能优异，热稳定性与NCM811差不多；无钴中镍多晶正极材料（镍含量70~80%），粒径分布均匀，振实密度高，循环性能非常优异；无钴中镍单晶正极材料：一次颗粒分散性好，包覆均匀。容量和电压高，循环性能优异（97%），DSC温度高（230℃）。

据李子郯介绍，目前蜂巢能源电池团队开发的MEB 115Ah电芯，常规循环基本上在2500次以上，45度高温循环也在1200次以上。

安全方面，在热箱、针刺、短路、过充等方面都表现良好。如在130℃热箱试验中未发生起火、爆炸，在150℃下，测试盘发生反转，但是也未发生起火和爆炸；在140%过充条件下，也没有发生起火、爆炸；同样，在针刺、短路等试验下也未发生起火、针刺。

李子郯表示，下一步，公司无钴正极材料会朝着三个方向继续布局研发：1.无钴层状二元正极，这里又会分为中低镍和高镍体系；2.无钴富锂正极，现在正在开发，低镍和无镍的材料，从260到300毫安/时/克；3.无钴尖晶石镍锰酸锂的方向，目前蜂巢能源在实验室已经做到130毫安/时/克，且循环性能非常优异。

关于蜂巢能源，李子郯透露，2018年从长城汽车独立出来的蜂巢能源目前公司员工3000+，研发人员占比达到52%，外聘专家是500+，每年研发投入接近30亿元；公司以电芯和模组为主业，产业链向上布局包括正极材料、矿产资源，向下应用包括储能、光伏等进行了全产业链布局；产能方面，计划到2025年突破200GWh，并在全球进行布局。

从下半年开始，公司加快了产能扩增步伐，分别在欧洲的德国，中国的遂宁、湖州、马鞍山等建设动力电池生产基地。另外，公司常州金坛总规划18GWh的动力电池工厂，一期、二期总计12GWh已经建成投产，三期6GWh项目预计将于明年6月投入使用。

据李子郯介绍，蜂巢能源金坛正极材料工厂也分三期建设，全部建成后预计每年可生产正极材料2.5万-3万吨。