12月20-21日，由第一锂电网、锂电百人会联合主办，上海贺励商务咨询有限公司承办的2022中国国际正负极材料产业大会（简称：金砖正负极论坛）在常州香格里拉大酒店顺利召开。本届大会设置“论坛峰会+展览展示”，以“紧抓材料机遇，大力发展锂电”为主题，通过话题设置，引发讨论，引爆业内对“正负极”的关注，解读最新能源发展困惑，诠释机遇及发展方向。促进投资商、生产商、运营商、政府之间的对接，深度了解用户体验。
（大会论坛现场视频）
演 讲 实 录
贝特瑞（江苏）新材料科技有限公司副总/博士吴小珍出席论坛并发表主题演讲——《贝特瑞高镍正极材料进展》以下为演讲实录： 吴小珍：谢谢唐老师，各位专家、各位同仁：大家上午好！我来自贝特瑞（江苏）新材料科技有限公司，首先感谢第一锂电网和百人会给我这个机会介绍一下贝特瑞高镍正极材料。大家都知道贝特瑞做负极比较厉害，实际上贝特瑞做正极也非常早，2006年我们就开始进行了正极研究，当时做产业化的时候一直坚持到了磷酸铁锂四代，高镍材料我们也有这样一个发展历程。下面介绍一下贝特瑞高镍正极材料的研究进展。我分享的内容分为以下四个部分：第一，贝特瑞高镍正极材料的开发契机贝特瑞为什么做高镍正极材料？我们的主营业务是负极材料，负极材料发展从天然石墨到人造石墨，到硅基负极的产业化，贝特瑞一直走得很早。2012年我们就把我们的硅基负极产业化了，目前也是出货量最大的硅基负极材料。硅基负极能量密度非常高，能量密度高的负极寻找能量密度高的正极，才能把能量密度发挥出来，如何找相应的正极材料呢？贝特瑞做了很多思考。2010年特斯拉首先把圆柱电池应用到电动汽车里面，后来NCA材料在下游车市场的火爆，带动了高镍三元，特别是NCA材料的一系列研究。同时电动汽车科技发展“十二五”相关政策指出，要开展能量型锂离子动力电池研究，基于此贝特瑞做了战略规划，还是以负极材料为基础，当然正极材料走两极的路线。其中，常规的以主打成本型的平民化的动力电池选择了磷酸铁锂的路线，高能量密度型的现在了高镍的NCA/NCM，瞄准国家政策指向的300瓦时/公斤为目标走的。2012年启动高镍三元正极材料的开发。
第二，高镍正极材料开发进展高镍三元材料的开发当时在2012年的时候国内高校研究的有一些，但是企业研究得非常少。因为高镍正极材料的开发真正从实验室走向产业化要解决几个问题。首先产品的难题，刚才唐老师解释了产品难题里面要解决材料的颗粒开裂、循环寿命低的问题，包括循环过程中阻抗持续往上升的问题，以及应用难题，我们加工的时候结胶问题还有充放电产气问题，以及工程性的问题还有安环问题，比如电芯起火和资源利用问题。贝特瑞基于以上相应的难题，我们做了我们的解决方案。我们进行了全流程设计，高镍三元正极材料前驱体设计过程中，前期有很多路线，比如氧化物路线、氢氧化物、碳酸锂的路线，以及结构过程中是单体颗粒还是二次球的颗粒，其实经过了很多筛选和选择，包括合成工艺当中有共存电的路线、溶胶凝胶法或者其他水热法相关的路线，工作研究得多，但是最终产业化选择了共存电的氢氧化锂的路线，包括晶相调控，包括均相合成和原位复合。针对材料的应用，并不是材料越好下游就可以应用好，贝特瑞2012年就开始相应的材料研究，但是真正规模化量产的还是在2017、2018年之后。因为整个产业链条还没有完全成熟起来。这么多年的研究，主要还是在于全体系的搭配筛选上，我们选择什么样的负极，什么样的电解液体系，是最优于正极材料、高镍材料发挥的，我们也跟产业链条上黏结剂的厂家、电解液的厂家和下游的客户，也进行了相关合作和探索。我们在安环技术方面，我们重点关注了现在目前关注比较多的点，还有资源，我们锂资源非常贵，镍钴资源也是比较贵的，所以资源如何利用。接下来阐述一下我们公司的产品技术。首先是前驱体设计，当中有很多无序，如何做密实的，我们公司选择了一个发射状的前驱，主要为了解决在循环过程当中应力的释放。虽然在前驱体生产过程中容易生产成无序的，过程中有很多关键控制因素，比如温度、搅拌速度、PH以及其他所有的很多因素，甚至包括气体的微驱的影响，都有可能导致前驱体有很多变化。最终在产业化里面我们采用的是发射状的，主要是这种颗粒控制它沿着010的方向生长，有利于锂离子快速传输，提高倍率性能。当然还有一致微裂纹的产生，在前驱体选择上我们有一个关键控制要素，利用XRD检测它，测试010和001的峰强比，通常大于0.95以上，甚至现在很多下游要求到1.0以上，这是最优的。第二项是烧结过程中，比如发射状的前驱体在烧结过程中如果控制不当，有可能晶粒的生长很多也是无序的，比如一次颗粒尺寸的大小，二次球形成的大小，以及它里面是板状的还是薄片状的，这对于做成正极材料之后它的制作过程当中的控制也是有很多关键控制因素，比如混料时候的均匀度、比如烧结过程中氧气浓度的控制，以及在烧式过程中是氢氧化物的原料，过程中会产生水分，水分的哪一阶段消失利于它的生长，这些会对产生的应用特别是产业界关心的阻抗，以及循环倍率，甚至循环过程当中的一些直流阻抗的影响，都会有很多方面的要求。第三项是包覆，怎样的包覆、怎样的掺杂才是最均匀的。产业界里面大家用的方式没有像学术界里面那么精细，产业界里面大部分用固相烧结的过程，如何控制到均匀的，这里我们研究了不同种的元素跟前驱体和锂元混合过程中它的分散程度。不同原子，原子半径的大小以及反应，甚至很多辅料它的晶相也会对分布的均匀性有影响，因为它的原子反应活性不一样。另外，工程化方面的问题比如混料的设备，怎么样混进去，怎么样融合进去，这些也都是一些关键要素。我们通过相应的研究，上面举的案例里面元素D比A和C分布更加均匀一些，降低负极，减少阻抗。同时包覆表面上会形成一些离子导体，降低阻抗，同时消耗表面参与的残碱，有利于高镍材料的加工性能。贝特瑞联合了很多相同行业的厂家，当然贝特瑞有一个优势在于，我们其实是有相应的负极，我们的负极选择体系相对比较完全。我们有石墨、天然石墨、人造石墨全都有，包括硅基、硅氧、硅碳都有，包括钠离子电池里面比较火的硬碳、软碳，这些负极全体系都有，为我们高镍正极材料的应用提供了一个先天的比较有优势的土壤。我们有一个研究院有一个应用开发研究中心专门筛选研究方案，也可以为下游客户提供相应的应用方案，以缩短他们的开发时间。这里我介绍两个案例：第一个案例，高镍NCM用在软包电池当中的研究。这里的NCM用的是镍含量83%，选择的是我们自己的负极材料体系。应该是第四代硅基体系，用在软包电池，硅氧的，全电池能量密度可以达到350瓦时/公斤，容量恢复达到94.3%，过程中可以看到产业界里面比较关心的循环阻抗，再循环500周的时候，相较于原来的常规体系，阻抗增加率相对来说比较低，颗粒碎球比较少。第二个案例，用在NCA圆柱的体系，行业里比较火的是4680大圆柱或者46950等大体系。我们做的时间比较久，我们做了一些相应的容量型的，包括倍率型的开发。如图所示是一款倍率型的成品，这个面含量88，用的是石墨负极，做的是一个功率型的圆柱电池18650的评测，我们做了一个高倍率循环，相较于常规体系来说，循环保持率会比其他得好一些。接下来谈一下在安环方面的影响，我们公司对于正极材料的安环关心非常多，基于下游客户对于我们的要求，学术界关注得比较少一些。我们也知道，高镍材料应用因为它使用更高容量的应用场景，所以它的安全性不容忽视。在2015年左右，大家对于正极材料的要求都是在PPM级或者100ppb级，现在客户要求我们20甚至10个ppb级以下。根据要求逐步提高，我们公司应用高镍的时候，采用的是从原材料端一直到出货端全流程的异物管控方式，当然我们也把这样一个管控过程同步复制到了供应商端。我们供应商也是一个粉体制作的过程，粉体制作过程中很多都是采用的是管道式或者容器采用的是不锈钢，粉体物料运输的过程中多多少少都会存在一定的摩擦，包括设备中的阀门都有相应的摩擦。摩擦过程中就会产生相应的磨损，这些磨损如果颗粒尺寸大于一定程度的时候，应用到下游的电池端，它就有可能造成电池的短路以及最后的起火爆炸的情况。基于此，我们会从全流程过程中，基于几个理念，我们会采用一些如果能够非金属化的，尽可能非金属化。如果必须要金属化的，就在金属化上做衬层，如果衬层影响功能发挥，就采用前后工序端去除的处理，比如加上上一些拦截设备，使得它在里面异物的颗粒数降到最低，我们的管控现在已经非常细致了，包括出货端物流车辆的异物管控都会成为我们关注的要点。目前公司的高镍正极材料的水平基本上可以在10个ppb以下。最后一个是资源循环。三元材料规模化应用资源影响越来越突出，特别是这一两年锂元资源的影响。贝特瑞从一开始做高镍材料的时候，我们秉承的都是资源循环的经营理念，2012年开始做高镍正极材料的时候就已经提出了微生态圈的循环理念。国家也好，下游车厂也好大家都在倡导这样的循环理念的应用，十多年的时间我们做了相应的工作。我们在2014年入股了方圆环保，跟它合作做NCA的前驱体，我们也跟上游的法国威立雅和方圆合资形成了一个工厂，做的是电池的拆解回收，把里面的镍钴资源和现在的锂资源提取出来，应用起来做前驱体。我们也跟下游的客户SK和亿维锂能合资形成工厂，形成了高镍三元材料。我们不仅在这样资源端应用，当中也跟上下游进行相应的合作，同时在研发、开发过程中也跟上下游合作，我们希望通过构建冶炼-前驱体-正极材料-拆解-回收端到端的产业链闭环。第三，贝特瑞高镍产品贝特瑞基于2012年硅碳量产之后，2012年启动了高镍正极材料的研发。2014年左右，我们建成了第一代高镍产线，这个产线大概年产3000吨级，在深圳总部。同年我们量产了第一代NCA产品，N1-C的产品，镍是81.5%，主要针对特斯拉用的81.5%的产品。2016年，第一代的循环型的产品N8-L，NCA88的产品量产了，2018年在江苏金坛投了第二代高镍产线。第二代相较于第一代有很多变革，包括我们采用了行业里面不会太用到的柔性化、模块化的设计理念，去做了我们的产线设计。同时，我们在2019年的时候在新的第二代产线上量产了NCM83的产品，大规模地应用在了下游客户的软包电池里面，包括第二代的NCA88的产品，主要用在21700的圆柱上。2020年我们建了第三代高镍产线，相较于第二代高镍产线来说，第三代高镍产线做了很多关键设备和工程化的连接创新，同时我们也量产了第二代的NCM88的产品以及第三代的NCA88的产品，这就是高功率型的应用在高端工具的领域。2022年第一代的NCA91也量产了，也规模化出货了，未来有望用在4680的电池当中。第四代的高镍产线也于2022年建成了投产。如图所示以上是我们的产品，有些大部分是目前市场上在推广的，当然不涵盖所有产品系列，包括用在倍率下面的N8-F产品，还有N8-H产品主要用在高压时的，N9-B的容量更高、循环寿命更长的产品，NCM系列里面我们采用的多数是大小颗粒混搭的系列，包括单晶和多晶混搭的83的、88的以及90以上的系列。如图所示，这是我们公司正极材料的产品规划，从高镍出发，从81.5高镍出发，基于下游市场的需求，目前我们研究高镍系列最高镍含量研究到98的系列了，同时我们也会反过来兼做一部分高电压体系的，因为应下游市场的需求，现在也有关于6系4.4伏的高电压体系，主要瞄准低成本、高能量密度，取代81.5或者83的NCM系列的，包括7系4.35伏的系列，同时也有钠离子正极产品，目前在市面上在做推广，已经做到了10吨级以上的量级了，主要走的是氧化物的路线。同时，还有负锂正极产品，固态正极研究院正在做固态电解质的，同时也跟我们自己生产的这些正极材料进行相应的复合。第四，总结与展望我们认为高镍的正极材料全电池的应用策略里面，未来的趋势中为了实现产业化的高压化，我们推的是多晶混搭单晶的方式，提高安全循环，降低产气，同时也需要整个行业界包括下游同级的电解液厂家，包括下游的电芯厂，对于电解液添加剂进行相应的优化，同时对于电池结构和电池管理系统进行相应的优化。如果全电池或者半固态电池或者全固态电池能发展得很好，高镍正极材料的市场未来还是非常大的。展望一下高镍正极的未来：第一是低钴化，第二单晶化，第三安全型，谢谢大家！
