镍钴锰酸锂NMC属于锂离子电池三元正极材料 振华新材国内领跑
镍钴锰酸锂（NMC）属于锂离子电池三元正极材料 振华新材为我国龙头企业
镍钴锰酸锂（NMC）化学式为LiNixCoyMn1-x-yO2，是一种拥有层状结构，由镍、钴、锰、锂等元素组成的复合材料。镍钴锰酸锂外观呈黑色固体粉末，不溶于水，具有热稳定性好、能量密度高、无结块、流动性好等优势，常用作锂离子电池三元正极材料。
镍钴锰酸锂制备方法包括共沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法以及高温固相合成法等。共沉淀法为镍钴锰酸锂主流制备方法，其具有成品质量好、生产流程简单、参数易控制等优势；溶胶-凝胶法具有反应速度快、成品颗粒小等特点，适用于制备高纯度镍钴锰酸锂；高温固相合成法通常将固态化合物与镍钴锰的氢氧化物相混合，在高温条件下进行烧结，再经过破碎、研磨等流程制得成品。
根据新思界产业研究中心发布的《2023-2028年中国镍钴锰酸锂（NMC）行业市场深度调研及发展前景预测报告 》显示，镍钴锰酸锂常用作锂离子电池三元正极材料，铝壳电池、聚合物电池、动力电池等为其终端产品。目前，全球三元正极材料市场主要集中于亚太地区，我国、韩国及日本为全球主产国。伴随本土企业自主研发实力提升以及市场需求日益旺盛，我国三元正极材料出货量持续增长，带动镍钴锰酸锂行业景气度不断提高。
钴酸锂为应用较多的锂离子电池正极材料，钴属于稀有金属，占据其较大生产成本。钴酸锂存在安全性差、易造成环境污染、价格高等缺陷，无法满足锂离子电池大容量、大功率需求。与钴酸锂相比，镍钴锰酸锂生产成本较低且性能优异，未来有望成为其替代产品。我国镍钴锰酸锂生产企业众多，市场主要参与者包括中天新能、西部矿业、当升科技、厦门钨业、振华新材等。振华新材专注于锂离子电池正极材料的研发、生产及销售，一次颗粒大单晶镍钴锰酸锂三元正极材料为公司明星产品，目前其已掌握多晶镍钴锰三元正极材料合成技术、一次颗粒大单晶镍钴锰三元材料合成技术等锂离子电池正极材料核心技术，为我国镍钴锰酸锂龙头企业。
新思界行业分析 人士表示，作为锂离子电池三元正极材料，镍钴锰酸锂性能优异，未来有望代替钴酸锂成为市场主流产品。我国为全球三元正极材料主产国之一，伴随本土企业技术进步以及下游需求日益旺盛，未来我国镍钴锰酸锂产量及质量将得到进一步增长。
[动力电池]采用CTP技术的LFP锂电池性能优于NMC
就安全性和更长的循环寿命而言，LFP电池优于NMC和NCA，尽管它们的能量密度较低。NMC和NCA的能量密度都比LFP高得多，但这种优势只能在实验室测试中观察到。就比能量和能量密度而言，LFP在电池组层面的性能与NMC相当。锂电池用户应检查电池组的性能数据，以便做出明智的决定。
在电芯层面，无论是在实验室还是在实际应用中，NMC电池的性能都优于LFP电池。但电池组的性能数据却显示出不同的情况。
本文基于最近发表的论文A non-academic perspective on the future of lithium-based batteries《自然-通讯》，该论文全面概述了最常见锂技术的理论性能与实际性能之间的显著差异。
图1. LFP与NCA在理论上以及电池和电池组层面的性能对比
从实验室到实际电池组，NMC性能降低5倍
图1显示了LFP和NCA技术从理论潜力（"理论"）到实际安装设备（"电池组"）的比能量和能量密度的下降情况。尽管在电池水平上比能量（Wh/kg）和能量密度（Wh/L）存在明显差异，但在电池组水平上进行评估时，两种技术表现出相似的性能。
表1：NMC与LFP：理论、电池和电池组级别
性能测试
理论
电芯级
电池组级
NMC
LFP
NMC
LFP
NMC
LFP
比能量(Wh/kg)
700
350–370
250
160–180
130
130–140
能量密度(Wh/l)
2400
1100
700
330–380
250
210–230
表中数据基于图1，图1比较了LFP和NCA化学性质。为便于比较，假定NCA和NMC的比能量和能量密度相等。但实际上，不同的资料来源表明，NMC和NCA之间可能存在 5%到15%的差异。LFP和NMC（或NCA）之间的性能差异要大得多。理论计算表明，NMC化学的比能量和能量密度至少是LFP化学的两倍。然而，在电池层面上，NMC在这些参数上仅比LFP高出1.5倍，而在电池组层面上，两种化学物质的性能相差无几。实际上，NMC电池的性能是理论最大值的36%，而电池组的性能不到理论水平的20%。另一方面，LFP电池的性能为理论水平的45-48%，而电池组的性能约为理论水平的37%。
电池实际性能与理论性能存在显著差异的主要原因
电池化学研究主要涉及单个电池的性能，往往忽略了电池组装成模块或电池组后比能量和能量密度指标的降低。理论研究大多是在技术就绪等级表中的TRL1至TRL4级进行的。学术研究人员通常不太熟悉最终用户的要求以及实现可扩展性和工业电池生产的关键工程步骤。电池的测试环境条件通常与实际运行环境条件不同，这对于在恶劣的户外和工业环境中的一些耗电应用来说尤其如此。另一个因素是LFP的普及。电池制造商在这些电池组的设计上投入了二十多年的工程技术，其中电池对电池组（CTP）技术是组装工业电池组最有效的创新技术之一。
表2 技术成熟度
地点
阶段
研究实验室
TRL 1
提出设想
TRL 2
概念验证
TRL 3
扣式电池
TRL 4
小的原型电池
中试线
TRL 5
大型原型电池，具有一个或多个功能或概念的样品
TRL 6
MWh规模的生产，样品功能齐全，理论上保证所有的功能都受到保护。
GWh规模电池生产工厂
TRL 7
电动汽车级别的原型电池, 汽车零部件认证
TRL 8
GWh规模的生产，车辆标准操作程序
TRL 9
系统演示，大规模生产
TRL 10
大规模应用, 无召回
注：TRL是Technology Readiness Level的缩写，表示技术准备水平，代表技术的成熟度。
电池到电池组CTP技术
CTP技术旨在简化锂离子电池的设计和制造。采用这种方法，电池组被设计成集成多个电芯的单一单元，从而省去了传统电芯到模块电池组所需的互连器件、连接器和其他组件。CTP方法能更有效地利用导电材料（铝和铜）、电缆和电池盒内的可用空间。与电池模块化技术相比，CTP使电池能以更高的精度和灵活性针对特定应用进行设计，以满足电池组对电压和容量的要求。CTP技术减小了电池的尺寸、重量和成本，尤其适用于大型工业电池，例如用于材料处理行业叉车和其他耗电作业的电池。
图2. 电池到电池组技术提高了锂电池性能
LFP锂电池的需求驱动因素
LFP 技术寿命长、安全性高。有关市售电池测试的数据，请参阅之前文章 "[动力电池]LFP和NMC锂电池的循环寿命对比 "一文中。例如，LFP电池的闪点温度（特定化学物质可能发生热失控的温度）明显高于NMC电池。有关采用NMC和LFP正极的锂电池的更多详情，请参见图3。LFP电池组件的成本低于NMC组件。镍和钴价格昂贵，而且往往与不道德的采矿行为有关。
随着电池单元（电解质和隔膜材料的改进）和电池组（CTP 技术）工程技术的不断进步，电池性能也得到了显著提高。LFP的大规模生产促使电芯价格急剧下降，从1991年的5000美元/千瓦时下降到2021年的101美元/千瓦时，降幅达98%。2022年，电池用金属价格飙升，锂电池的每千瓦时价格在过去十年中首次上涨。这导致人们持续偏好价格更低、更可靠的LFP锂离子电池，而非NMC电池。
图 3. 解密正极（资料来源：The Ken Research）
小结
LFP电池比NMC电池更便宜、更可靠，对于包括电动汽车和越野电动工业车辆在内的许多应用而言，LFP电池仍然是市场上最方便、最经济实惠的技术。随着CTP技术的发展，LFP技术在电池和电池组两个层面上都在不断进步。此外，经过改进的电池管理系统（BMS）可实时优化每个电池单元的放电，从而逐步提高电池的日常性能，并延长其循环寿命。
来源：Batteryman Helps Batteryman
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