从日韩正极材料需求看国际动力锂离子电池的发展趋势201.ppt

高性能锂电正极材料在数码及电动自行车电池上的应用与发展趋势,河南科隆新能源有限公司2013年5月17日,目录,一、科隆新能源公司简介,二、日韩动力锂离子电池及材料分析,三、日韩动力锂离子电池正极材料发展趋势,四、科隆新能源公司产业化优势及结论,科隆新能源公司简介,河南科隆新能源有限公司是国家高新技术企业、国家“863”项目科研产业化基地、技术创新示范企业、省级文明单位历经10多年发展，现已成为中国最大的高性能镍氢、锂离子电池正极材料研发、制造基地之一，产品已稳居国内高端市场主导地位,总资产：6.3亿元；年销售量：5860吨（2012年）员工数：344人；其中科技人员：122人，占职工总数的35.47%银行信誉等级：AAA科隆新能源材料研究院，设有：,博士后科研工作站河南省高效二次电池材料工程技术研究中心电池技术与应用研究所（省级技术中心）电池材料检测中心目前已拥有正极材料领域发明专利9项,多次承担国家“863”重大专项、火炬计划、重大科技专项等国家、省重大项目，并均圆满完成,科隆新能源公司简介,国家“863”重大专项,火炬计划重点高新技术企业证书,博士后科研工作站,国家高新技术企业证书,省高效二次电池材料工程技术研究中心,科隆新能源公司简介,科隆产品发展历程,2001,2006,科隆于2001年开始球形氢氧化镍的生产和销售，建立年产能500吨的现代化生产线,2008,球型氢氧化镍球型三元前躯体球型三元材料,2012,成为全国规模最大、质量最好的球镍研发、生产基地，产能达到10500吨/年同年开始锂离子电池正极材料的研发试制工作,实现球型三元前躯体产业化，年产能达到1000吨/年同年开始磷酸铁锂和三元材料的研发生产,三元前躯体进入国际市场，产能达到4000吨/年磷酸铁锂材料产能800吨/年三元材料产能达到2000吨/年,科隆新能源公司简介,NCM,NM,NCA,锂离子电池正极材料,锂电主要产品系列,LFP,科隆新能源公司简介,国内,国外,广泛配套国内外高端电池厂,科隆新能源公司简介,2004年,2005年,2006年,2007年,2008年,2009年,2010年,2011年,销售量（吨）,8,1906,2300,3100,1000,3800,4805,4300,球形氢氧化镍,三元前躯体,三元等锂电材料,5300,2012年,5860,产品销量每年实现大幅增长,科隆新能源公司简介,目录,一、科隆新能源公司简介,二、日韩动力锂离子电池及材料分析,三、日韩动力锂离子电池正极材料发展趋势,四、科隆新能源公司产业化优势及结论,日韩动力锂离子电池车企关系,目前方形动力电池材料技术体系,Source:ITRI/IEKAnalysis(2013/03),12,目前软包装动力电池材料技术体系与供应网络,Source:ITRI/IEKAnalysis(2013/03),从正极材料分析，日韩企业大多采用NCM，NCA，NCM+LMO，NCA+LMO方案用于动力电池,正极材料的镍含量呈不断增加趋势，111-523-622-811-NCA,高镍产品批量使用现状,1、日韩：日本和韩国已批量生产和成熟使用高镍811和NCA材料2、国内：科隆2013年批量生产销售高镍622、811和NCA产品；目前主要市场为3C高容量和电动自行车市场(811+LMO),3.1科隆相关锂电正极材料产品介绍,锂电正极材料相关产品性能对比,3.1科隆相关锂电正极材料产品介绍,3.1科隆相关锂电正极材料产品介绍,622、811和NCA规格材料18650电池评估1C循环均在500次左右，满足高容量数码类产品电池循环寿命的要求。,锂电正极材料相关产品SEM对比,KL203,KL203Y,KL203D,KL206,KL208,KL209,3.1科隆相关锂电正极材料产品介绍,KL204,KL202Y,3.1科隆相关锂电正极材料产品介绍,不同规格对应pH和容量,811/NCA掺LMO性能指标对比(以811为例),811掺LMO：改善高镍材料加工性能和循环、替代523规格材料降低成本,811掺LMO1C放电曲线对比,KL208YA动力型较523规格材料具有更高的放电平台和能量密度。,811掺LMO1C循环性能对比,KL208YA动力型循环性能良好，可以满足电动车使用；KL208YB容量型循环性能稍差，但容量较高，成本较523低，适用于数码市场。,811掺LMO高温1C循环性能对比,KL208YA动力型45度高温1C循环性能良好，可以满足电动车使用。,2015-2018正极材料应用趋势,成本：如何降低单位Ah成本，提高功率密度？,寿命：如何提高电池的循环寿命？,安全：TESLA电池也有安全问题？,2019/11/29,1.2.3,包覆和掺杂材料,包覆和掺杂是改善循环寿命的主要方法,SEM（包覆前后）,SEM（包覆前后）发生明显变化,对寿命的影响,加速测试循环结果表明：经掺杂和包覆后，循环寿命有明显的提高,3.0,5.0,10.0,18.0,国际客户对不同粒径的需求,不同粒径对应不同的压实密度、功率密度,科隆具有的核心技术可以根据产品的不同需求制备出不同粒径大小及分布的前驱体,2.3日韩对前驱体不同粒径分布要求,国际客户对不同形貌的要求,球形度,表面光滑程度,不同形貌的产品会有不同的压实密度、动力性能,主要指标变化,为应对下一代动力锂离子电池的需求，科隆开发了功率型三元材料,SEM-成品,NCM523,NCM111,XRD,目录,一、科隆新能源公司简介,二、日韩动力锂离子电池及材料分析,三、日韩动力锂离子电池正极材料发展趋势,四、科隆新能源公司产业化优势及结论,四、新一代锂离子电池正极材料发展趋势,（1）采用5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料，可以提升电压平台30%，和LMO相比综合比能量提高30%；,1高电压：高电压材料,四、新一代锂离子电池正极材料发展趋势,高电压材料技术,不同形貌的高电压材料LiNi0.25Mn0.75O2,Li-rich材料,日韩车企及民用电池企业对富锂材料投入了大量的人力和物力进行开发研究,富锂锰基正极材料的物化指标,无论是高电压的尖晶石材料还是富锂锰基材料，科隆都在和国际客户进行联合研究,目录,一、科隆新能源公司简介,二、日韩动力锂离子电池及材料分析,三、日韩动力锂离子电池正极材料发展趋势,四、科隆新能源公司产业化优势及结论,公司拥有本科及以上学历研发人员30余上,硕士及上研发人员,本科及以上,高等院校专家10余人长期合作专家数人,高级专家,公司拥有硕士及以上学历技术研发人员10余人,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,科研实力组织架构,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,美国戴安公司离子色谱仪,科研实力先进的检测仪器,ICP,日立扫描电镜,碳硫分析仪,比表面积测试仪,马尔文粒度分析仪,X射线衍射仪（XRD）,电化学工作站,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,科研实力良好的管理方法,以项目经理制推动项目的进行，充分授权流程化的管理方法，推动项目组的分工合作长期和中、日、韩优秀公司合作开发及商务合作，了解客户的需求并坚守对客户的承诺中国长达12年坚持于湿法合成及表面掺杂研究的公司，共申请和获得了42项专利中国一流大学及国外科研机构的技术合作，提供科隆发展的动力,申请和拥有各项新能源研发技术专利共计42项,形成多项技术产权专利,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,LiNi0.5Mn1.5O4：放电平台4.6V；目标：2014年推向市场,富锂材料、梯度材料：比容量220mAh/g目标：2014年材料性能实现突破,NCM研发,1-高电压材料,2-超高容量材料,高压实材料：比容量略低于现有NCM2-3mAh/g压实提高8%,目标：2012年实现批量提高13%，容量同现有品-2013,3-高压实材料,包覆材料：充电电压达到4.35V，循环同现有材料，容量提高10mAh/g；目标：2014年实现批量供货,4-高容量材料,下一步研发方向,技术先进：密闭的连续性生产工艺流程，保证产品质量和一致性；采用世界最先进的德国计量控制系统（DCS控制系统），整个工艺过程受计算机控制关键技术指标（密度、粒径、比表面积、半高宽）可控，可根据用户的要求进行调整工艺灵活性强，可实现专线专供,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,技术力量雄厚,中央控制室：采用DCS计算机控制系统，实现全工艺过程计算机控制，保证了产品质量及其一致性采用德国进口pH值在线检测系统，解决了高温、高碱、高盐度pH值在线监测难题,装备精良,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,干法烧结生产线,生产设备精良,湿法合成生产线,干法烧结生产线,湿法合成生产线,镍化合物,Ni,x,Co,y,Mn,1,-,x,-,y,(,OH,),2,共沉淀结晶法,络合剂,氢氧化钠,锰化合物,钴化合物,关键参数：pH,T,关键参数：Li,mol,T,t,锂化合物,添加剂,NCM,项目产品技术线路,湿法合成前驱体,干法烧结制成三元材料,重点工序,湿法合成前驱体工艺流程,独特配比,优选原材料,计量,结晶反应,包覆,洗涤,烘干,混合,除磁性不纯物,筛分包装,检验入库,重点工序,干法：科隆在配比混合盐、烧结、除磁性不纯物建立了自己的关键技术,干法烧结工艺流程,混合盐配比,前驱体,、,锂源,原材料,混料,烧结,过筛,除磁性金属,包装,检验入库,湿法合成技术先进成熟,湿法合成及掺杂和包覆是科隆独有的先进成熟技术：（1）应用掺杂技术：a.前驱体制成过程中通过共沉淀技术掺杂Al、Zr等元素b.控制共沉淀掺杂元素的均匀分布改善性能：安全性、循环寿命、比能量、高温性能（2）应用表面包覆技术：采用复合包覆及梯度包覆技术，控制包覆元素Al等的致密性和均一性改善性能：安全性、循环寿命、高电压性能、高温性能、抗过充性,拥有多项湿法合成专利技术,拥有多项湿法合成、掺杂、包覆的发明专利,技术先进、成熟,Ni,Ni,Mn,Mn,科隆产品,同比测试他家产品,科隆产品采用独特的工艺技术和生产设备，产品的元素分布均匀，并可以有效降低金属锰的溶出，产品的安全性更好，寿命更佳,特色1：湿法合成元素分布均匀,特色2：产品形貌可控,满足不同客户的需求,晶体内部无元素偏析现象,特色3：掺杂元素分布均匀,和没有掺杂的产品相比，掺杂Al后氧气的析出温度明显延后，可以提高电池的安全性和高温性能,掺杂改良安全性效果明显,LNO,NCM,特色4：独有的化学包覆技术,Al包覆后的EPMA,包覆层均一性好,在同等评估条件下，经包覆后的材料循环寿命得到明显改善,通过包覆技术大幅改善循环寿命,低共熔混合熔盐法进行高温烧结,特色5：独有的低共熔自混合技术,研究不同混合锂盐、不同混合比例、不同烧结温度和烧结时间对材料性能的影响。采用低共熔自混合技术可以不需要球磨就可以实现锂盐和前驱体的均匀混合，确保了产品的安全性和长寿命，提升了产品的压密度高，同时成本低、节能。,该技术应用基础研究曾得到国家基金委连续两次课题资助国家自然科学基金号：20671031和21071046,混合均匀且不破坏包覆层,低共熔混合后锂在前驱体中的分布表明锂源已和前驱体均匀混合,低共熔混合技术对压实密度的影响,采用低共熔技术可以有效增加和锂源的混合均匀程度，提高产品的压实密度，降低对前驱体的破坏，保护包覆层的完整，从而改善产品循环性能和安全性能,有效提升产品压实密度,Fe、Zn、Cr等金属不纯物已成为影响产品安全性能的主要因素，科隆具备了从原材料到成品的降低措施，提升产品安全性,特色6：磁性金属不纯物控制技术,通过对生产工艺的设计、生产设备的选择、生产过程控制等技术大幅降低产品中的磁性金属不纯物,成立防有害金属领导小组制定防有害金属规章制度设立金属检查门岗改善生产作业环境完善现场5S管理定期对现场进行检测,核心：在制造全过程中杜绝有害金属二次混入,防金属二次污染,磁性及金属不纯物优于同行,采用以上技术，使科隆产品杂质含量可以达到远低于一般同行,产品安全性得以明显改良,科隆产品磁性金属不纯物含量明显低于同行水平，可大幅度提升电池的安全性和荷电性能,同行业中率先通过ISO9001、ISO14001、OHSAS18001质量、环境及职业健康安全管理体系认证实行5S、TQC、TPM质量全过程受控,品质管理体系,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,通过省级环保验收，主要化工材料实现循环回收利用完全符合欧盟ROHS指令REACH法规中国河南省新乡市唯一一家环保在线监测示范单位,环保体系健全,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,提供从前驱体+三元材料一系列产品与主要原材料供应商形成战略合作关系并自制部分原材料:1、科隆是金川公司最大硫酸镍客户，占其年销售量30%、吉恩镍业为科隆专门在新乡建设硫酸镍工厂2、科隆自产硫酸锰3、具备完善的镍、钴回收体系4、联合开采镍、钴矿,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,价格体系,利用位于中国中部地区的区位优势，在劳动力、土地、水电成本方面有优势地方政府支持中国唯一在保税区建厂的前驱体和三元材料工厂利用先进的设备和精益生产持续降低原材料损耗,价格体系,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,科隆新能源公司（郑州分公司）,五、科隆新能源公司产业化优势及结论,集团长年坚守“用户满意是科隆人的唯一追求”的市场理念科隆强力推行大客户战略，实施一把手工程，建立高层互访和快速反应机制。,韩国三星客户莅临科隆集团洽谈合作,用户满意是科隆人的唯一追求,2012年4月，新能源公司LGC贵宾莅临科隆集团商谈战略合作相关事宜,2013年3月，汤浅（天津）公司莅临科隆集团,用户满意是科隆人的唯一追求,河南科隆新能源有限公司参加深圳召开的中国国际电池技术交流展览,用户满意是科隆人的唯一追求,科隆集团四川汶川援建志愿者归来,科隆集团向玉树地震灾区捐款,科隆新能源积极回馈社会,科隆新能源打造优秀企业文化,Thebestquality,质量最好,价格最优,供货及时,服务到位,Availabi