SMM 7月14日讯：在上海有色网（SMM）和上海期货交易所共同举办的2022第七届中国国际新能源大会--中国国际新能源电池高峰论坛上，合肥国轩高科动力能源有限公司研发经理雷天起就锂电池三元正极材料技术现状与发展趋势展开了分析。他分别从三元材料简介、三元材料产品技术现状、三元材料市场行情、三元材料发展趋势等四个方面进行详细剖析。
三元层状氧化物材料发展历史
三元正极材料工艺路线
高镍和低镍的工艺处理流程略有不同，高镍是在高PH值的溶液浓度下沉淀得来，在破碎、筛分环节对环境要求极高且需要密封保存。具体各环节区分如下：
三元前驱体产品技术现状
不论是间歇法还是连续法，都会面临控制大粒径和小粒径的问题。生产过程中控制难点有：形貌精确调控、理化性能控制以及批次稳定性控制。
技术要点：前驱体生长机理、定量造核+生长控制、前驱体-正极材料关联性。
三元材料产品技术现状
出于成本、安全等方面的考虑，市场上主流的三元材料在上述组成基础上进行了变更，5系材料NiCo组成5510、5513较为常见，6系材料NiCo组成6010、6308、6507较为常见，8系材料NiCo组成8311、8510较为常见；
单晶材料结构稳定性好，上限电压范围可以根据需要相应提高，综合性能优异，是国内市场的主流三元材料。
三元材料市场行情
2021年，中国三元正极出货量为43万吨，同比增长80%，受磷酸铁锂材料挤压，三元材料市场份额由46%下降至38%。
三元正极材料市场受产品分层影响，行业格局较分散，容百科技继续保持出货量第一的位置，CR3基本保持率为38%，CR5保持率为55%。
产品结构占比仍以5系材料为主，由56%下降至46%，8系高镍材料占比由24%迅速提高至36%，三元正极材料的高镍化趋势进一步明确。
三元材料发展趋势-高镍化（优势与挑战）
高镍化的目的是为了提高能量密度，Ni的eg轨道与O的2p轨道重叠较小，原则上电子可以完全失去，因此认为镍含量越高，材料的克容量越高。
高镍材料在应用中面临很多挑战，包括热稳定性差、表面残碱高、充放电过程多重相变，导致高镍材料的循环性能恶化。
三元材料发展趋势-高镍化（实现方法）
高镍三元材料改性方式
高镍三元材料的制备要求更高，需要从原料、烧结制度、环境控制、掺杂包覆等方面进行整体的改善和把控，相比于中低镍材料技术壁垒较高。
三元材料发展趋势-高镍化（应用与进展）
LG推出NCMA四元材料，镍含量提高至90%，钴含量低至5%，相当于NCM90进行铝掺杂，显著提升循环寿命和热稳定，综合性能大幅改善。
产品方面，8系中的Ni83多晶、Ni83单晶国内部分企业已经比较成熟，行业整体上正处于由高镍（8系）向超高镍（9系）推进的过程。
三元材料发展趋势-单晶+高电压
提高电压也可进一步提高正极容量，但对锂电池综合性能带了了很多挑战，随着正极材料中锂离子深度脱出，正极材料结构稳定性会变差。
单晶材料减少晶界，避免了循环过程中的颗粒开裂，具有提高的循环性能，实际应用中，也会将单晶材料与多晶材料掺混使用。
目前三元正极中镍高电压和高镍常规电压路线存在一定竞争，6系产品4.4V可以达到高镍Ni83常规电压的能量密度，且中镍热稳定性更好。
2021年高镍单晶产量提升明显，但应用难度较高，6系单晶从2021年下半年稳步向好，迎来快速放量，占比提升明显，起到较好过渡作用。
三元材料发展趋势-低钴/无钴
鉴于钴元素储量、价格波动、以及环保等问题，正极材料中降低钴的用量尤为重要，以特斯拉为例，电池的钴使用量大幅降低；
钴在三元材料中起到的作用较大：抑制Ni/Ni混排、稳定层状结构、提高电子和离子传导、提升倍率和循环性能。
正极材料其他元素对钴的替代
无钴化材料需要采取其他的掺杂元素替代，其中Mn、Al、Mg元素作用较为明显，可使用多元素掺杂并采取合适掺杂比例以提高综合性能；
蜂巢新能源拟推出层状镍锰二元（Ni0.75Mn0.25）单晶材料，完全无钴，成本较低，低温性能和功率性能较差，相同镍含量下克容量较低。
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