中國粉體網訊 在新能源乘用車領域，三元電池已經成為主流。而從技術路線來看，中日韓都在往高鎳方向發展，但日本企業主要以NCA為主；韓國企業為NCM+NCA；中國企業則以NCM為主。2019年全球三元正極材料出貨34.3萬噸，同比增長44.7%。其中，中國作為全球最大的正極材料生產基地，全球市場份額占比達到73.2%，2019年中國三元材料出貨量19.2萬噸，占全球三元材料出貨量的56%，占比超過一半。其中，高鎳電池裝機占比快速提升帶動NCM811材料出貨量大幅增長，市場增速遠超傳統行業平均增速，高鎳電池勢必成為未來動力電池市場的主力競爭者。
高鎳三元正極材料與普通的三元正極材料相比，最明顯的特點是降低了鈷的含量，那么在生產工藝上又將如何實現高鎳三元正極材料的制備？與普通三元正極材料的生產工藝有什么區別？
普通三元正極材料生產工藝vs高鎳三元正極材料生產工藝
來源：容百科技
從流程圖中我們可以清晰地看出普通三元正極材料生產工藝和高鎳三元正極材料生產工藝的區別主要集中在三個方面：①原料；②氣體；③水洗。
原料：碳酸鋰vs氫氧化鋰
普通的三元正極材料更傾向于用碳酸鋰作為鋰源，而高鎳三元正極材料卻更適合用氫氧化鋰。碳酸鋰的熔點為720℃，而單水氫氧化鋰的熔點僅為471℃，在燒結過程中熔融的氫氧化鋰可與三元前驅體更均勻、充分的混合，從而減少表面鋰殘留，提升材料的放電比容量。采用氫氧化鋰和較低的燒結溫度還可減少陽離子混排，提升循環穩定性。
相比之下，碳酸鋰的燒結溫度往往需達到900℃以上才能得到性能穩定的材料，而高鎳三元材料要求燒結溫度不宜過高，否則影響倍率性能。制備高鎳三元材料要求燒結溫度適中，NCM811需要燒結溫度至少控制在800℃以下、NCM90505需要控制在740℃左右。
而氫氧化鋰比碳酸鋰價格高，這也是導致高鎳三元正極材料成本偏高的原因之一。
燒結氣體不一樣
目前合成高鎳三元材料的方法主要是高溫固相燒結法，其難點為Ni3+/Ni4+與O有能帶重疊，所以在脫鋰狀態，晶格O會從晶格中脫出；Ni2+/Li+ 混排，結構不穩定；對環境濕度和CO2敏感，表面堿性高；穩定性、安全性能差，儲存、加工條件苛刻，所以必須在氧氣氣氛中進行燒結。
高鎳三元材料多了水洗程序
高鎳三元正極相對于普通三元正極，表面的殘余鋰較多，對材料性能有明顯影響。首先是它會影響涂布，如 NCM811在勻漿過程中很容易形成果凍狀，主要就是因為其表面的堿性氧化物含量太高吸水所致。表面堿性化合物對電化學性能的影響主要體現在增加了不可逆容量損失，同時惡化循環性能。此外，表面的Li2CO3在高電壓下分解，是電池脹氣的主要原因之一，從而帶來安全性方面的隱患。
水洗對高鎳三元正極材料的影響
來源：CNKI、中信建投證券研究發展部
從目前的研究結果看，水洗成品是去除高鎳三元正極表面殘余鋰最好的方法。但是也存在一些問題，因為高鎳三元材料本身就怕水，水洗過程中固液比、水洗時間、攪拌強度、過濾時間與干燥過程很難控制，如果處理不好，之后的三元材料容量與循環性能明顯下降而達不到動力電池的使用要求，并且水洗還增加了成本。
以上呈現在生產工藝流程圖中的差異還會進一步導致高鎳三元正極材料生產過程中更多的不同，如燒結氣體用氧氣就要考慮設備的耐氧問題；水洗雖然能降低材料的pH，但同樣會帶來環保壓力，這些問題又會導致高鎳三元正極材料生產成本的增加。當然即使是與普通三元正極材料一樣的工序，高鎳三元正極材料的要求往往也會更高，如何優化工藝，降低生產成本是當前高鎳三元正極材料生產過程中的研究重點。
參考來源：
高工鋰電網.容百科技研判高鎳材料市場趨勢
中國粉體網. 碳酸鋰or氫氧化鋰？誰才是三元正極材料的首選
胡國榮.高鎳三元正極材料產業化過程中難點問題探討
全國能源信息平臺.高鎳三元正極改性工藝和作用總結
（中國粉體網編輯整理/墨玉）
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