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Mysteel专访中南大学李荐:关于三元材料行业现状及未来发展

在碳中和的背景下,新能源产业链发展日益壮大,三元电池的材料条线亦被大众逐渐关注,Mysteel特此采访中南大学李荐教授关于三元材料产业链的一些见解看法。

以下为采访实录:

Q:现阶段电池回收的经济性怎么样,未来会怎样发展,可能需要经过怎样的努力。

A:我国的锂离子电池按照正极材料的不同主要分为:钴酸锂、三元、磷酸铁锂。钴酸锂主要用于数码领域,三元和磷酸铁锂主要用于动力电池领域。

现在回收锂离子电池的工艺主要是靠湿法冶金(如邦普、格林美、华友、赣锋等),个别企业采用物理法(如天津赛德美新能源科技有限公司)。

用湿法冶金工艺回收三元、钴酸锂等含钴、镍的电池是有经济效益的,但用湿法冶金工艺回收磷酸铁锂电池很难有经济效益。赛德美的物理法回收三元和磷酸铁锂都有不错的经济效益。

从发展趋势看,磷酸铁锂和三元会长期并存,并且磷酸铁锂可能量会高于三元,因此重视磷酸铁锂电池的回收十分必要。近年来,国家对动力电池回收非常重视,先后出台了几十项政策、意见、要求、标准等,今年两会期间已有人大代表提出要进一步完善动力电池回收体系的建设,并且提出要考虑给磷酸铁锂电池的回收补贴。

因此关于电池回收,应从几个方面努力:1、国家层面(政府层面)要完善相关法律法规,尽快形成高效、低成本的回收体系,同时也要给新技术、新工艺有生存的空间;特别是在动力电池规格、型号、材料体系应、电池模组设计等方面形成一些强制标准,以方便后续的回收利用,降低回收的技术难度和工艺难度;2、高校及研究机构要从多层面、多角度对各类电池的回收技术、工艺进行研究开发;3、回收企业要练好内功,降低工艺成本,为各类回收的材料寻找高值化应用的可能渠道。

Q:MHP生产硫酸镍的产线是否可通过较为经济的方法使用镍豆原料进行生产。

A:我国主要以镍中间品(如镍的氢氧化物)为原料生产硫酸镍(MHP)。这种工艺的有点是原料来源丰富,工艺自由度较大,生产成本较低。如果以镍豆为原料,用该生产线生产硫酸镍,主体设备工艺是可行的。关键是两者之间成本差异,硫酸镍价格在高位时,两者都能够盈利,但硫酸镍价格在低位是,镍豆为原料就较难盈利。

Q:电池制备工艺中三元电池与目前其他电池的最大区别,产线是否可以相互转换。

A:动力型锂离子电池分为三元和磷酸铁锂两大类,三元电池又分为普通三元和高镍三元,高镍三元电池的生产对环境要求更加苛刻,对环境、原辅材料的水含量要求更加严格,因此其无法利用已有的普通三元或磷酸铁锂电池的生产线。普通三元电池生产线和磷酸铁锂电池生产线比较相近,互换性较好,当然也与电池具体规格型号、外形尺寸很有关系。

Q:以高冰镍为原料生产制作的三元材料工艺与目前主流制备三元材料,在材料性能,成本,及碳排放的对比情况。

A:目前三元材料都是用三元前驱体与锂盐混合后烧结制备,三元前驱体主要是用硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰为主要原料,采用共沉淀的方式制备。硫酸镍的来源有多个方面,比如硫化镍况的镍冶金、红土镍矿的湿法冶金、废旧锂离子电池回收、其他含镍物料的回收等,从工艺成本上说,从废旧电池、含镍物料等回收工艺成本更低、污染及碳排放也更小。

Q:三元电池的稳定性及循环能力未来会经过怎样的发展而解决现在所存在的问题,与高镍三元就电池安全性、循环性、容量衰减等原因是否可有效解决,高镍三元材料的技术壁垒为哪些?未来三元各系别的格局将会怎样发展?全球材料供应商8系产能规划及8系供需格局?

A:三元材料已成为动力电池很重要的一类,其寿命也比之前有了较大进步,正规厂家已经能将三元电池寿命做到2000次以上,基本可以满足电动汽车的寿命要求了,当然与磷酸铁锂相比,其寿命还是短些。 高镍三元由于具有高容量的优势而被广泛重视,但高镍三元电池的安全性问题更加突出,是制约高镍三元在电动汽车领域大规模应用的重要障碍;另外高镍三元电池的寿命也较短,也是一方面的问题。后续有望通过包覆、单晶、电解液改进等方式使高镍三元在安全性、寿命、衰减等问题得到改善。

从现在情况看,如果解决其核心问题-安全性问题,高镍811甚至955很有可能在一些高档电动汽车上大量应用。从长远来看,电动汽车领域三元电池和磷酸铁锂电池会是长期并存额关系,三元特别是高镍三元可能主要在高档电动汽车领域应用,而磷酸铁锂将在中低端领域应用。

Q:三元电池未来最有可能的技术突破点会是哪一块?现在进展如何?磷酸锰铁锂、锂硫电池(LG宣布于2025年商用锂硫电池)等应用前景和对于三元的影响。

A:我认为,三元材料从111发展到811甚至955,基本到该材料的天花板了,也就是说容量方面差不多了,因此三元电池最大突破点来源于其安全性的突破,比如通过涂层的方法提高三元材料的稳定性、安全性,还有以三元材料为正极材料的固态电池也是很可能的发展方向;当然还有在电池设计、电池包设计方面对三元电池进行改进提高。

目前三元材料的包覆技术值得关注,合适的包覆层可以明显改善三元材料的安全性;固态电池方面全球的电池研发人员都在努力,预计5年内会出现具有实用价值的固态电池产品。对于磷酸锰铁锂以及锂硫,我认为它们的某些性能虽然有一些优势,具有研究意义,但其综合性能还远不如目前的三元或铁锂,即其产业化意义并不明显。

Q:固态电池的发展现状及未来展望。

A:固态电池因其具有能量密度高、安全的优势,确实是电池的发展趋势,但目前可实用化的固态锂离子电池还没有,有一些企业或机构拿凝胶电池或加了液态电解液的固态电池来过渡,但这并不是真正的固态电池,也不能正在发挥出固态电池的优势;全球的研究者们都在积极努力。我个人认为未来5年能够研发出真正的固态电池并实用化,但由于相关产业链不完善,其开始价格会较高。后续会在较长时间固态与液态并存。

李荐一直致力于新能源材料与器件、纳米材料、综合回收利用方面的研究与开发工作,注重应用研究和产业化研究;主持或参与国家、省部级、军工、自然科学基金等项目10余项,主持企业项目30余项;在国内外学术期刊发表学术论文100多篇,申报发明专利80余项,已授权50余项;出版两本著作:《低价铌氧化物电解电容器 》、《纳⽶米碳化钨粉末的开发及镍基硬质合⾦金腐蚀、摩擦性能研究》。具有丰富的科研及产业化经验,创办科技型企业十余家。

李荐于2007年获得江西省科技厅的赣州市科学技术进步奖,2011年获朝阳市科学技术进步奖,同年被授予朝阳市优秀专家,2013年获得辽宁省专利优秀奖,2014年被评为辽宁省第八批“百千万人才工程”百人层次人选,2016年李荐指导的创业项目获得第二届中国“互联网+”大学生创新创业大赛银奖。2019年以“固态电容器用高性能/碳复合箔”荣获湖南省技术发明二等奖。

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