三元材料型号(三元材料型号有哪些)

三元材料型号怎么看

三元材料（Ternary）”国际权词典Merriam-webster对“三元”的定义是“Havingthreeelements,parts,ordivisionsorarrangedinthrees”。因此，“三元材料”是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体，包括合金、无机非金属材料、有机材料、高分子复合材料等，广泛应用于矿物提取、金属冶炼、材料加工、新型能源等行业。

三元材料型号有哪些

三元有好多种型号也有532或622之分，价格在80-150元/KG

三元型号大全

我们公司就是生产高端三元材料的。

Ni是正2价 是最主要的化学活性物质

Co是正3价，主要是起到稳定层状结构和改善倍率性

Mn是正4价，主要是主要是为材料的稳定性起作用

一般由两种型号111型和523型（以镍钴锰排序）

前者比较注重稳定性，可以用于动力，后者主要是注重能量密度，一般应用于电子产品。

三元材料型号大全

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高工产研锂电研究所(GGII)调研数据显示，2019年中国锂电三元正极材料市场规模285亿元，同比增长8.4%；出货量19.2万吨，同比增长40.4%。

2019年三元正极材料出货量增幅较大的主要原因有：

（1） 虽然2019年国内新能源汽车市场疲软，动力电池企业电池产量不及预期，但三元电池装机量比例在上升，2019年前十一个月中，三元动力电池装机量占比为64.3%，较2018年的53.9%提升10.4个百分点； 

（2） 海外动力电池加大从中国采购三元材料；

（3）锂电动轻型车为代表的小动力市场2019年呈现超过100%增长。目前电动轻型车等小动力用锂电池主要为三元体系电池，一定程度上带动三元材料出货；

2019年三元材料市场规模增幅远小于出货量增速，主要由于三元材料价格下降导致，数码523价格从2018年高峰时22.4万/吨下降至当前11万/吨。

2019年上游矿产相关原材料价格均呈下跌走势。碳酸锂市场价格已接近5万元/吨；硫酸镍产品随着印尼相关环保政策落地后也逐渐恢复稳定，价格接近2.5万元/吨；钴材料受嘉能可矿山的影响已于2019年7-9月出现价格反弹，但钴材料市场整体仍处于低位。上游原材料价格下降导致三元前驱体产品价格下降，进而导致三元正极材料价格下降。

从三元正极产品型号来看，2019年三元材料出货仍以5系（含数码523、数码55系、单晶523、单晶5515系、单晶5512系等）三元产品为主，占比65%；其次为6系产品，占比接近20%，其余为811、NCA、111等。

随着新补贴政策对高能量密度以及高续航里程关注度提升及补贴退坡带来成本压力，各新能源车企加快替代原有体系动力电池，一是高镍低钴的三元动力电池，二是部分车型又将用回磷酸铁动力电池。

此外为降低成本，获得更大产品性能，部分企业加大对中镍低钴材料的开发，如三元613系、712系产品等，GGII预计2020年6系（6515、6512、6506、6012等）三元产品出货量将有很大提升。

2019年高镍材料占比由2018年的8.9%上升到12%，提升约3个百分点。宁波容百、天津巴莫、湖南邦普等正极材料企业的高镍三元材料出货量均呈现出较大幅度增幅。

高镍系三元材料市场占比提升的主要原因有：

（1）新补贴政策对高能量密度、高续航里程要求提高，促使新能源乘用车领域加速配套高能量密度电池。另外高镍低钴电池可降低单位容量下的材料成本，因此电池企业积极开发高镍动力电池；

（2）“提质降本”促进锂电池行业向高镍低钴化方向加速转移。未来，锂电池模组成本需进一步下降，倒逼电池、材料以及相关零部件价格均有所下降，三元材料是目前锂电池材料成本占比最高一部分，占比为40-55%，高镍低钴或无钴将有效降低三元材料成本；

（3）以比克、力神、鹏辉、天鹏等为代表的圆柱电池企业批量采用高镍材料应用于数码、电动工具等领域，一定程度上带动三元高镍材料的需求量。

未来三元正极材料市场依然面临激烈竞争，主要体现在：

（1）行业竞争加剧：头部三元材料企业进一步绑定大客户资源，加强产品产销渠道，加大对上游原材料的掌控及闭环供应链的建设，进而加强核心竞争力；

（2）细分市场逐渐凸显：电动工具、锂电轻型车、手持工具等市场具有良好的账期控制以及产品周转率，部分三元材料企业将加大在细分市场的布*；

（3）前驱体自产自用比例将提升：前驱体对三元材料的性能直观重要，在上规模的动力电池企业掌握了三元材料技术后，三元材料企业的关键竞争要素逐渐变化，前驱体的开发制造能力将成为有力的竞争要素。因此，主流的三元正极材料企业开始逐渐布*前驱体业务，以自产自用，降低生产成本（如容百、长远锂科、邦普、天力锂能、当升等）；

（4）单晶系列产品出货量占比提升：单晶系列产品具有相比传统三元材料更高的电压、性能以及成本优势，随着三元正极材料对成本的严格控制，部分能够满足性能量且成本更有优势的单晶产品将逐渐增多。

高工产研锂电研究所(GGII)通过对全国主要三元材料企业、配套企业的实地调查，结合对三元材料行业领军人物的面对面采访，收集大量的第一手资料，从而撰写本报告。本报告对2019年中国三元材料行业的发展特点、主要产品、出货量产值、未来市场情况等进行较为详细的研究和分析，并就未来三元材料的发展趋势进行预测。

GGII希望通过实际的调查研究，为投资者、业内人士、证券公司以及想了解中国三元正极材料行业人士，提供准确且有参考价值的报告。

数据范围说明

1、本报告数据更新至2019年12月；

2、本报告数据以中国大陆地区数据为主，全球其他地区数据少量涉及数据范围说明。

版权声明

本报告版权归高工产研所有，只限客户自身使用，不得扩散给任何第三方使用。

目  录

第一章中国三元锂电池及三元材料发展概况

第一节锂电池市场总况

第二节三元数码电池市场规模

第三节三元动力电池市场概况

第四节三元动力电池技术发展路线

第五节电池企业三元正极材料需求

第六节2019年三元电池产能建设汇总

第二章中国三元正极材料市场分析

第一节市场特征分析

第二节市场规模分析

第三节竞争格*分析

第四节产能分析

第五节价格走势分析

第六节主要企业客户结构及长订单

第三章中国三元正极细分产品市场分析

第一节三元正极细分产品对比（分型号）

第二节三元正极材料分球型的市场结构分析（单晶及二次球）

第三节中国NCM523市场分析

一、市场规模与出货量分析

二、应用领域占比及发展趋势

三、成本结构分析

第四节中国NCM622市场分析

一、市场规模与出货量分析

二、应用领域占比及发展趋势

三、成本结构分析

第五节中国NCM111市场分析

一、市场规模与出货量分析

二、应用领域占比及发展趋势

三、成本结构分析

第六节中国高镍三元材料发展现状分析

一、中国高镍三元材料发展现状

二、中国高镍三元材料市场规模分析

三、高镍三元材料关键技术要求

四、成本结构分析

第四章中国三元前驱体市场分析

第一节三元前驱体市场分析

一、中国三元前驱体市场规模及预测

二、中国三元前驱体供给情况

三、中国三元前驱体细分产品结构

第二节中国三元前驱体市场价格成本分析

一、中国三元前驱体价格走势

二、三元前驱体成本结构分析

第三节中国三元前驱体市场竞争分析

一、中国三元前驱体生产企业数量

二、中国三元前驱体企业竞争格*

第四节上下游企业供需关系及长订单

第五章三元材料上游矿产资源介绍

第一节锂资源

第二节镍资源

第三节钴资源

第六章下游主要动力电池企业分析

第一节动力电池企业总况

第二节国外三元动力电池企业介绍

第三节国内重点三元动力电池企业（TOP5）分析

第七章国内重点三元正极材料企业介绍

第一节三元正极材料企业竞争要素分析

第二节国内主要三元材料企业介绍（TOP8）

第八章国内重点三元前驱体企业介绍

第九章三元正极材料行业发展趋势预测

第一节三元材料市场发展特征预测

第二节三元材料行业的投资建议

一、新进入者

二、已具规模的正极材料企业

三、投资类

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三元材料百科

   高工产研锂电研究所（GGII）统计数据显示，2016年中国锂电三元材料产量5.43万吨，同比增长48.8%；产值79.8亿元，同比增长超过60%，在四种正极材料中其产值占比最高。2017年第一季度，三元材料延续着高速增长的态势，产量同比增长68%，达1.47万吨.

   2016年三元材料产销两旺，行业前景广阔，多家企业大幅扩产，且有多家新进入者涉足三元材料及前驱体，新增产能将于2017年陆续投产，行业竞争将越来越激烈。

   据高工产研锂电研究所（GGII）统计，2016年中国镍钴（锰）酸锂市场规模达79.8亿元，同比2015年增长68%。在2012-2016年间，中国镍钴（锰）酸锂市场呈现快速增长，这主要受到国内电动车用动力电池、3C电池的钴替代、电动工具、电动自行车等快速增长的影响，带动中国镍钴锰酸锂材料市场需求的持续快速增长。

中国三元材料快速增长，主要有以下几个方面的特点：

   1）三元材料企业多而不强。GGII统计，截止2016年底国内三元材料出货量超过8000吨的企业尚未出现，各大企业产品同质化严重，均以523、111型号为主。同时受Tesla带动，国内三元动力电池掀起一场扩张高潮，材料企业方面自2015下半年至今已新增一批三元材料企业。未来随着技术的不断进步，长续航里程电池需求加大，三元材料市场需求呈现产销两旺时期，在利好背景下，市场将会涌现一大批新进入者。

   2)核心专利缺失，低端产能重复建设。目前全球镍钴锰酸锂专利主要在美国3M及阿贡实验室手中，巴斯夫、优美科、瑞翔等均有购买3M或阿贡实验室专利使用权，而国内专利意识相对薄弱。未来大规模发展后，在出口上会产生专利纠纷。

   3)目前国内三元材料型号以523为主。无论数码还是动力用三元材料，使用量最多的仍为523型号。从电池形状上来看，国内圆柱三元电池普遍采用NCM523，采用叠片工艺的三元动力电池采用NCM111，其中三元圆柱的产量大于方形叠片电池。

   4)企业纷纷布*高镍材料，如811、NCA等。高容量是数码及动力电池的长期诉求，磷酸铁锂能量密度瓶颈初显，而高镍三元材料由于其高能量密度，成为企业关注的热点，如湖南杉杉在宁夏石嘴山的NCM811基地于目前已开工建设，预计2017年将正式投产。

   据高工产研锂电研究所（GGII）调研统计，国内三元材料企业对高镍材料NCA产品目前处于发展建设时期，小部分企业处于小批量投产或者送样阶段，如：科隆、金和、长远、贝特瑞、厦钨等，占比20%，产线正在建设中的企业有：当升、天力、巴莫、锂宝、格林美等，占比25%。其余大部分均在研发阶段。

   从价格上来看，2015年前动力型三元622、111型号由于市场需求量减少，能生产动力型材料的企业较少，因此价格较高。从2016年开始随着各大材料企业逐步投产释放，大部分圆柱类电池企业开始使用，因此价格随之下滑。

2016年，动力电池市场保持着高速增长，全年产量达30.8GWh，直接带动三元材料的需求大幅增长，而三元材料上游原材料碳酸锂供应相对紧张，价格大幅上涨，全年均价达14.5万元/吨，且镍、钴等金属价格触底反弹，直接带动三元材料价格在2016年保持着上涨的趋势。

2017年第一季度，三元材料价格出现大幅上涨，预计2017全年均价将保持在较高水平，主要的预测依据有：

   1）由于钴矿的主要出口国刚果政*动荡，海外钴的产出下降，金属钴价在2017年第一季度最高达42万元/吨，预计全年将均价将维持在33万元/吨，从而导致三元正极材料主要原材料硫酸镍价格大幅上涨，带动三元材料正极价格上涨；

   2）碳酸锂由于在年初气温较低，盐湖锂产出下降，而国内新建的碳酸锂产能未实现大幅释放，因此碳酸锂价格在2017Q1出现小幅反弹，带动三元材料价格上涨；

   3）2016年底，国家出台新的补贴政策，新能源汽车的补贴将与动力电池能力密度挂钩，国内主流的动力电池企业纷纷加大三元动力电池的布*力度，因此在2017Q1，三元材料的需求旺盛，共上游原材料供应相对紧张，供需矛盾进一步加剧，从而导致价格出现大幅上涨。

GGII预计，在2018-2020年，三元价格将保持着下滑的趋势，预计到2020年，动力型523价格将降低至13万元/吨，动力型622价格降低至15万元/吨，主要的预测依据有：

   1)预计从2018年开始，随着钴矿的供应恢复和市场炒作逐渐消退，到2020年，硫酸钴的价格也将逐渐降低至3-4万元/吨，成本降低带动价格逐渐下滑；

   2)2018开始，国内主要的碳酸锂生产企业如天齐锂业、赣锋锂业等企业的新增产能逐渐释放，市场供应增加，碳酸锂的价格将逐渐降低；

   3)随着NCM622、NCM811和NCA等高镍三元正极材料的产能逐渐释放，市场应用技术逐步成熟，将实现大批量供应，规模化效应将带动其价格下降。且随着NCM523和NCM111市场逐步别取代，市场竞争加强，企业也将通过下调常规型号的三元材料的价格来换取市场，从而导致三元正极材料市场总体价格保持着下滑的趋势。

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《中国锂电三元正极材料市场调研报告》

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三元材料分类

三元正极材料是目前市场上使用广泛的锂离子电池正极材料之一，它主要由镍、钴、锰等金属氧化物组成。根据材料的不同比例及加工方法的不同，目前市场上常见的三元正极材料有多种型号。

一种是常见的NCM811型号，其中钴、镍、锰的比例为8:1:1，具有高能量密度及高功率输出的特性。

另一种是NCM523型号，其中钴、镍、锰的比例为5:2:3，具有储能密度高、循环寿命长的特点。

还有NCM442、NCM622、NCM712等多种型号，它们的比例、颗粒大小等物理化学性质各异，可以根据不同应用场景选择不同型号的三元正极材料。

三元型号含量表

用等方面的问题。

笔者这里要指出的是，由于美国3M公司最早申请了三元材料的相关专利，而3M是按照镍猛钴(NMC)的循序来命名三元材料的，所以国际上普遍称呼三元材料为NMC。

但是国内出于发音的习惯一般称为镍钴猛(NCM)，这样就带来了三元材料型号的误解，因为三元材料的名称比如333、442、532、622、811等都是以NMC的顺序来命名的。而BASF则是因为购买了美国阿贡国家实验室(ANL)的相关专利，为了显示自己与3M的“与众不同”并且拓展中国市场，而故意称三元材料为NCM。

三元材料(NMC)实际上是综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三种材料的优点，由于Ni

、Co和Mn之间存在明显的协同效应，因此NMC的性能好于单一组分层状正极材料，而被认为是最有应用前景的新型正极材料之一。

三种元素对材料电化学性能的影响也不一样，一般而言，Co能有效稳定三元材料的层状结构并抑制阳离子混排，提高材料的电子导电性和改善循环性能。但是Co比例的增大导致晶胞参数a和c减小且c/a增大，导致容量降低。

而Mn的存在能降低成本和改善材料的结构稳定性和安全性，但是过高的Mn含量将会降低材料克容量，并且容易产生尖晶石相而破坏材料的层状结构。Ni的存在使晶胞参数c和a增大且使c/a减小，有助于提高容量。但是Ni含量过高将会与Li+产生混排效应而导致循环性能和倍率性能恶化，而且高镍材料的pH值过高影响实际使用。

在三元材料中，根据各元素配比的不同，Ni可以是+2和+3价，Co一般认为是+3价，Mn则是+4价。三种元素在材料中起不同的作用，充电电压低于4.4V(相对于金属锂负极)时，一般认为主要是Ni2+参与电化学反应形成Ni4+;继续充电在较高电压下Co3+参与反应氧化到Co4+，而Mn则一般认为不参与电化学反应。

三元材料根据组分可以分为两个基本系列：低钴的对称型三元材料LiNixMnxCo1-2xO2和高镍的三元材料LiNi1-2yMnyCoyO2两大类型，三元材料的相图如上图所示。此外有一些其它组分，比如353、530、532等等。

对称型三元材料的Ni/Mn两种金属元素的摩尔比固定为1，以维持三元过渡金属氧化物的价态平衡，代表性的产品是333和442系列三元材料，这个组分系列在美国3M专利保护范围内。

这类材料由于Ni含量较低Mn含量较高晶体结构比较完整，因此具有向高压发展的潜力，笔者在“消费电子类锂离子电池正极材料产业化发展探讨”一文里已经进行了比较详细的讨论。

从高镍三元NMC的化学式可以看出，为了平衡化合价，高镍三元里面Ni同时具有+2和+3价，而且镍含量越高+3价Ni越多，因此高镍三元的晶体结构没有对称型三元材料稳定。在这两大系列之外的其它一些组分，一般都是为了规避3M或者ANL、Umicore、Nichia的专利而开发出来的。比如532组分原本是SONY

和松下为了规避3M的专利的权宜之计，结果现在NMC532反倒成了全球最畅销的三元材料。

三元材料具有较高的比容量，因此单体电芯的能量密度相对于LFP和LMO

电池而言有较大的提升。近几年，三元材料动力电池的研究和产业化在日韩已经取得了较大的进展，业内普遍认为NMC动力电池将会成为未来电动汽车的主流选择。

一般而言，基于安全性和循环性的考虑，三元动力电池主要采用333、442和532这几个Ni含量相对较低的系列，但是由于PHEV/EV对能量密度的要求越来越高，622在日韩也越来越受到重视。

三元材料的核心专利主要掌握在美国3M公司手里，阿贡国家实验室(ANL)也申请了一些三元材料(有些包含于富锂锰基层状固溶体)方面的专利，但业界普遍认为其实际意义并不及3M。

国际上三元材料产量最大的是比利时Umicore，并且Umicore和3M形成了产研联盟。此外，韩国L&F，日本Nichia

(日亚化学)，TodaKogyo(户田工业)也是国际上主要的三元材料生产厂家，而德国BASF则是新加入的三元新贵。

值得一提的是，国际上四大电芯厂家(S

ONY、Panasonic、SamsungSDI和LG)在三元材

料和钴酸锂正极材料方面，都有相当比例的inhouse产能，这也是这四家大厂相对于全球其它电芯厂家技术大幅领先的一个重要体现。

1、三元材料的主要问题与改性手段

目前NMC应用于动力电池存在的主要问题包括：

(1)由于阳离子混排效应以及材料表面微结构在首次充电过程中的变化，造成NMC的首次充放电效率不高，首效一般都小于90%;

(2)三元材料电芯产气较严重安全性比较突出，高温存储和循环性还有待提高;

(3)锂离子扩散系数和电子电导率低，使得材料的倍率性能不是很理想;

(4)三元材料是一次颗粒团聚而成的二次球形颗粒，由于二次颗粒在较高压实下会破碎，从而限制了三元材料电极的压实，这也就限制了电芯能量密度的进一步提升。针对以上这些问题，目前工业界广泛采用的改性措施包括：

杂原子掺杂。为了提高材料所需要的相关方面的性能(如热稳定性、循环性能或倍率性能等)，通常对正极材料进行掺杂改性研究。但是，掺杂改性往往只能改进某一方面或部分的电化学性能，而且常常会伴随着材料其它某一方面性能(比如容量等)的下降。

NMC根据掺杂元素的不同可以分为：阳离子掺杂、阴离子掺杂以及复合掺杂。很多阳离子掺杂被研究过，但有实际效果的仅限于Mg、Al、Ti、Zr、Cr、Y、Zn这几种。一般而言，对NMC进行适当的阳离子掺杂，可以抑制Li/Ni

的阳离子混排，有助于减少首次不可逆容量。

阳离子掺杂可以使层状结构更完整，从而有助于提高NMC的倍率性，还可以提高晶体结构的稳定性，这对改善材料的循环性能和热稳定性的效果是比较明显的。

阴离子掺杂主要是掺杂与氧原子半径相近的F原子。适量地掺杂F可以促进材料的烧结，使正极材料的结构更加稳定。F掺杂还能够在循环过程中稳定活性物质和电解液之间的界面，提高正极材料的循环性能。

混合掺杂一般是F和一种或者数种阳离子同时对NMC进行掺杂，应用比较广泛的是Mg-F、Al-F、Ti-F、Mg-Al-F、Mg-Ti-F这么几种组合。混合掺杂对NMC的循环和倍率性能改善比较明显，材料的热稳定性也有一定提高，是目前国际主流正极厂家采用的主要改性方法。

NMC掺杂改性关键在于掺杂什么元素，如何掺杂，以及掺杂量的多少的问题，这就要求厂家具有一定的研发实力。NMC的杂原子掺杂既可以在前驱体共沉淀阶段进行湿法掺杂，也可以在烧结阶段进行干法掺杂，只要工艺得当都可以收到不错的效果。厂家需要根据自己的技术积累和经济状况来选择适当的技术路线，所谓条条大道通罗马，适合自家的路线就是最好的技术。

表面包覆。NMC表面包覆物可以分为氧化物和非氧化物两种。最常见的氧化物包括MgO、Al2O3、ZrO2和TiO2这几种，常见的非氧化物主要有AlPO4、AlF3、LiAlO2、LiTiO2等。无机物表面包覆主要是使材料与电解液机械分开从而减少材料与电解液副反应，抑制金属离子的溶解，优化材料的循环性能。

同时，无机物包覆还可以减少材料在反复充放电过程中材料结构的坍塌，对材料的循环

性能是有益的。NMC的表面包覆对降低高镍三元材料表面残碱含量是比较有效的，这个问题笔者后面还会谈到。

同样，表面包覆的难点首先在于选择什么样的包覆物，再就是采用什么样的包覆方法以及包覆量的多少的问题。包覆既可以用干法包覆，也可以在前驱体阶段进行湿法包覆的，这都需要厂家需要根据自身情况选择合适的工艺路线。

生产工艺的优化。改进生产工艺主要是为了提高NMC产品品质，比如降低表面残碱含量、改善晶体结构完整性、减少材料中细粉的含量等，这些因素都对材料的电化学性能有较大影响。比如适当调整Li/M比例，可以改善NMC的倍率性能，增加材料的热稳定性，这就需要厂家对三元材料的晶体结构有相当的理解。

2、三元材料的前驱体生产

NMC跟其它几种正极材料的生产过程相比，有个很大的不同之处就是其独特的前驱体共沉淀生产工艺。虽然在LCO、LMO和LFP的生产当中，采用液相法生产前驱体越来越普遍，而且在高端材料生产中更是如此，但对于大多数中小企业而言固相法仍然是这几种材料的主流工艺。

然而三元材料(也包括NCA和OLO)，则必须采用液相法才能保证元素在原子水平的均匀混合，这是固相法无法做到的。正是有了这个独特的共沉淀工艺，使得NMC的改性相对其它几种正极材料而言更加容易，而且效果也很明显。

目前国际主流的NMC前驱体生产采用的是氢氧化物共沉淀工艺，NaOH作为沉淀剂而氨水是络合剂，生产出高密度球形氢氧化物前驱体。该工艺的优点是可以比较容易地控制前驱体的粒径、比表面积、形貌和振实密度，实际生产中反应釜操作也比较容易。但也存在着废水(含NH3和硫酸钠)处理的问题，这无疑增加了整体生产成本。

碳酸盐共沉淀工艺从成本控制的角度而言具有一定优势，即使不使用络合剂该工艺也可以生产出球形度很好的颗粒。碳酸盐工艺目前最主要的问题是工艺稳定性较差，产物粒径不容易控制。碳酸盐前驱体杂质(Na和S)含量相对氢氧化物前驱体较高而影响三元材料的电化学性能，并且碳酸盐前驱体振实密度比氢氧化物前驱体要低，这就限制了NMC能量密度的发挥。

笔者个人认为，从成本控制以及高比表面积三元材料在动力电池中的实际应用角度来考虑，碳酸盐工艺可以作为主流氢氧化物共沉淀工艺的主要补充，需要引起国内厂家的足够重视。

目前国内正极材料厂家普遍忽视三元材料前驱体的生产和研发，大部分厂家直接外购前驱体进行烧结。笔者这里要强调的是，前驱体对三元材料的生产至关重要，因为前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)直接决定了最后烧结产物的理化指标。

可以这么说，三元材料60%的技术含量在前驱体工艺里面，而相对而言烧结工艺基本已经透明了。所以，无论是从成本还是产品品质控制角度而言，三元厂家必须自产前驱体。

事实上，国际上三元材料主流厂商，包括Umicore、Nichia、L&F、Toda

Kogyo无一例外的都是自产前驱体，只有在自身产能不足的情况下才适当外购。所以，国内正极厂家必须对前驱体的研发和生产引起高度重视。

3、三元材料表面残碱含量的控制

NMC(也包括NCA)表面残碱含量比较高是其在实际应用中一个比较突出的问题。NMC表面的碱性物质主要成分是Li2CO3，此外还有一部分以Li2SO4和LiOH的形式存在。

正极材料表面的碱性化合物主要来住两个方面的因素。第一个因素在实际的生产过程中，因为锂盐在高温煅烧过程中会有一定的挥发，配料时会稍微提高Li/M比(即锂盐适当过量)来弥补烧结过程中造成的损失。因此多少都会有少量的Li剩余(在高温下以Li2O的形式存在)，温度降低到室温以后Li2O会吸附空气中的CO2和H2O而形成LiOH和Li2CO3等。

第二个因素，就是实验已经证实正极材料表面的活性氧阴离子会和空气中的CO2和水分反应而生成碳酸根，同时锂离子从本体迁移到表面并在材料表面形成Li2CO3，这一过程同时伴随着材料表面脱氧而形成结构扭曲的表面氧化物层。任何一种正极材料，只要与暴露在空气中就会生成碳酸盐，只是量多少的问题。

表面碱性化合在不同种类的正极材料的表面的形成难易程度是不一样的，一般的规律是NCA

≈高镍NMC>低镍NMC≈LCO>LMO>LFP。也就是说，三元或者二元材料表面残碱含量跟Ni含量有直接关联。

正极材料的表面残碱含量过高会给电化学性能带来诸多负面影响。首先是它会影响涂布，NCA和富镍三元材料在匀浆过程中很容易形成果冻状，主要就是因为它们表面的碱性氧化物含量太高吸水所致。表面碱性化合物对电化学性能的影响主要体现在增加了不可逆容量损失，同时恶化循环性能。

此外，对于NCA和富镍三元材料来说，表面的Li2CO3在高电压下分解，是电池胀气的主要原因之一，从而带来安全性方面的隐患。因此，降低表面残碱含量对于三元材料在动力电池中的实际应用具有非常重要意义。

目前国内厂家普遍采用的是对三元材料进行水洗，然后在较低的温度二次烧结(水洗

+

二烧)的工艺来降低NMC表面残碱含量。这个方法可以将表面残碱清洗得比较彻底，但其弊端也是非常明显的，处理之后的三元材料倍率和循环性能明显下降而达不到动力电池的使用要求，并且水洗

+二烧还增加了成本，因此笔者并不推荐这个方法。

笔者个人认为，需要在生产中综合采取一系列的措施才能有效降低三元材料表面碱含量。在前驱体阶段需要控制好氨水的含量和保护气氛的分压，对于高镍三元甚至还需要加入适量的添加剂来降低碳和硫含量。

混料阶段严格控制Li/M比例，烧结阶段优化烧结温度的升温程序，退火阶段控制氧分压、降温速度和车间湿度，最后真空密封包装成品材料。

也就是说，从前驱体开始到最后包装都需要严格控制材料与空气的接触。这一系列工艺措施的综合使用，就可以有效降低三元材料的表面残碱含量，即使是未改性的高镍622其表面pH值也可以控制在11左右。另外，表面包覆也是降低三元材料表面残碱含量的有效方法，因此高镍的NMC一般都需要表面包覆改性。

笔者这里要强调的是，对于正极材料尤其是NMC和NCA的表面残碱问题，必须引起正极材料生产厂家的高度重视，虽然不可能绝对无残留，但必须使其含量尽可能低或是控制在稳定合理的范围之内(一般500-1000

ppm以下)。国内NCA一直不能量产，一个很重要的技术原因就是在生产过程中疏忽了对温度、气氛和环境湿度的严格控制，而无法实现封闭生产。

4、高比表面积和窄粒径分布NMC的生产

用于HEV和PHEV的动力电池要兼顾功率和能量密度的需求，动力型三元材料的要求跟普通用于消费电子产品的三元材料是不一样的。满足高倍率的需求就必须提高三元材料的比表面积而增大反应活性面积，这跟普通三元材料的要求是相反的。

三元材料的比表面积是由前驱体的BET所决定的，那么如何在保持前驱体球形度和一定振实密度的前提下，尽可能的提高前驱体的BET，就成了动力型三元材料要攻克的技术难题。

一般来说，提高前驱体BET需要调整络合剂浓度，并且改变反应器的一些参数比如转速温度流速等等，这些工艺参数需要综合优化，才能不至于较大程度牺牲前驱体的球形度和振实密度，而影响电池的能量密度。

采用碳酸盐共沉淀工艺是提高前驱体BET的一个有效途径，正如笔者前面提到的碳酸盐工艺目前还存在一些技术难题，但笔者个人认为，碳酸盐共沉淀工艺或许可以在生产高比表面积三元材料方面发挥用武之地，因此这个工艺值得深入研究。

动力电池的一个最基本要求就是长循环寿命，目前要求与整车至少的一半寿命相匹配(8-10年)，100%DOD循环要达到5000次以上。就目前而言，三元材料的循环寿命还不能达到这个目标，目前国际上报道的三元材料最好的循环记录是Samsung

SDI制作的NMC532的三元电芯，在常温下0.5C的循环寿命接近3000次。

但笔者个人认为，三元材料的循环寿命还有进一步提高的潜力。除了笔者前面提到的杂原子掺杂、表面包覆等因素以外，控制产品的粒径分布也是一个很重要的途径，对动力电池来说这点尤为重要。我们知道，通常生产的三元材料的粒径分布较宽，一般在1.2-1.8之间。如此宽的粒径分布，必然会造成大颗粒和小颗粒中Li和过渡金属含量的不同。

精细的元素分析结果表明，小颗粒中的Li和镍含量高于平均值(Li和镍过量)而大颗粒的Li和镍含量低于平均值(Li和镍不足)。那么在充电过程中，由于极化的原因，小颗粒总是过度脱锂而结构被破坏，并且在充电态高镍小颗粒与电解液的副反应更加剧烈，高温下将更加明显，这些都导致小颗粒循环寿命较快衰减，而大颗粒的情况正好相反。

也就是说，材料整体的循环性能实际上是由小颗粒所决定的，这也是制约三元材料循环性进一步提升的重要因素。这个问题在3C小电池中是无法体现出来的，因为其循环性只要求达到500而已，但是对于循环寿命要求达到5000次的动力电池而言，这个问题将是非常重要的。　　进一步提升三元材料的循环性，就必须生产粒径大小均匀一致(粒径分布小于0.8)的三元材料，从而尽可能的避免小颗粒和大颗粒的存在，这就给工业化生产带来了很大的挑战。NMC的粒径分布完全取决于前驱体，这里我们再一次看到了前驱体生产对三元材料的重要意义。　　对于氢氧化物共沉淀工艺，使用普通的反应器是不可能生产出粒径分布小于1.0的前驱体颗粒的，这就需要采用特殊设计的反应器或者物理分级技术，进一步减小前驱体的粒径分布。采用分级机将小颗粒和大颗粒分离以后前驱体的粒径分布可以达到0.8。因为去除了小颗粒和大颗粒，前驱体的产率降低了，这实际上较大地增加前驱体生产成本。

为了达到原材料的综合利用而降低生产成本，厂家必须建立前驱体回收再处理生产线，这就需要厂家综合权衡利弊，选择合适的工艺流程。

窄粒径分布的三元材料在实际应用中，极片涂布的一致性明显提高，除了增加电芯循环寿命以外，还可以降低电池的极化而改善倍率性能。国内三元厂家由于技术水平的限制，目前还没有认识到这个问题的重要性。笔者个人认为，窄粒径分布将会成为动力型三元材料的一个重要技术指标，希望这个问题能够引起国内厂家的高度重视。5三元材料的安全性问题

三元材料电芯相对与LFP和LMO电芯而言安全性问题比较突出，主要表现在过充和针刺条件下不容易过关，电芯胀气比较严重，高温循环性不理想等方面。笔者个人认为，三元电芯的安全性需要同时在材料本身和电解液两方面着手，才能收到比较理想的效果。

从NMC材料自身而言，首先要严格控制三元材料的表面残碱含量。除了笔者上面讨论到的措施，表面包覆也是非常有效的。一般而言，氧化铝包覆是最常见的，效果也很明显。氧化铝即可以在前驱体阶段液相包覆，也可以在烧结阶段固相包覆，只要方法得当都可以起到不错的效果。

最近几年发展起来的ALD技术可以实现NMC表面非常均匀地包覆数层Al2O3，实测的电化学性能改善也比较明显。但是ALD包覆会造成每吨5千到1万元的成本增加，因此如何降低成本仍然是ALD技术实用化的前提条件。

其次，就是要提高NMC结构稳定性，主要是采用杂原子掺杂。目前使用较多的是阴离子和阳离子复合掺杂，对提高材料的结构和热稳定性都是有益的。另外，Ni含量是必须考虑的因素。对于NMC而言，其比容量随着Ni含量的升高而增加，但是我们也要认识到，提高镍含量引起的负面作用也同样非常明显。

随着镍含量的升高，Ni在Li层的混排效应也更加明显，将直接恶化其循环性和倍率性能。而且提高镍含量使得晶体结构稳定性变差，表面残碱含量也随之升高，这些因素都会导致安全性问题比较突出，尤其是在高温测试条件下电芯产气非常严重。因此，三元材料并不是镍含量越高越好，而是必须综合权衡各方面的指标要求。

笔者认为，高镍三元材料的单独使用上限可能是70%，镍含量再高的话，高镍带来的各种负面影响将足以抵消容量提升的优势而得不偿失。

另外，笔者这里还要指出的是需要严格控制成品中的细粉含量，细粉和小颗粒是两个不同的概念，细粉是形貌不规则的且粒径小于0.5微米的颗粒，这种颗粒不仅小且不规则，在实际生产中很难去除而给正极材料的使用留下了很大的安全隐患。因此，如何控制并去除材料中的细粉是生产中一个重要问题。

三元电芯的安全性，还需要结合电解液的改进，才能得到比较好的解决。关于电解液这块，涉及的技术机密较多，公开报道的资料很少。一般来说，三元材料在DMC体系中的电化学性能要好于DEC，添加PC也可以减少高电压下的副反应。混合LiBOB和LiPF6用于电解质盐，可以提高三元材料的高温循环性能。

电解液的改性，目前主要是从特种功能添加剂上面下功夫，目前已知的添加剂包括VEC、DTA、LiDFOB、PS等等，都可以改善三元电芯的电化学性能。这就需要电芯厂家和电解液生产商联合攻关，研究适合于三元材料的电解液配方。6三元材料的市场应用分析　　三元材料从一开始，是作为钴酸锂的替代材料发展起来的，人们普遍预计钴酸锂将很快被三元材料所取代。然而数十年过去了，钴酸锂在3C小电池的地位非但没有减弱，这两年更是乘着Apple的高电压东风，地位愈发难以撼动，2013年钴酸锂的销量仍然占据超过50%的全球正极材料市场份额。

在笔者看来，三元材料在未来的数年之内，还是很难在3C领域取代钴酸锂。

这主要是因为一方面，单独使用三元材料很难满足智能手机在电压平台方面的硬性要求;另一方面，三元材料的二次颗粒结构很难做到高压实，使得三元材料电池在体积能量密度上仍然不能达到高端(高压实高电压)钴酸锂的水平。在未来数年之内，三元材料在3C领域仍然只是一个辅助角色。

单晶高压三元材料在高压电解液成熟之后，有可能会在3C领域获得更加广泛的应用，相关的分析可以参阅笔者之前发表的“消费电子类锂离子电池正极材料产业发展探讨”一文。　　事实上笔者倾向于认为，三元材料更加适用于电动工具和动力电池领域。近两年，电动汽车对在动力电池的能量密度要求有明显的增加趋势，已经有汽车厂商开始在HEV和PHEV上试验三元电芯了。

如果仅仅从能量密度的要求而言，HEV的能量密度要求较低，LMO、LFP和NMC电芯都可以满足要求。PHEV的能量密度要求较高，目前只有NMC/NCA电芯可以满足PHEV的要求，而受到Tesla动力电池技术路线的影响，NMC也必然会在EV上有扩大应用的趋势。

目前日本和韩国已经将动力电池的研发重点从LMO电池转移到了NMC电池，这一趋势非常明显。国家工信部给新能源汽车动力电池企业下达的三个硬指标，2015年单体电池能量密度180Wh/kg以上(模块能量密度150

Wh/kg以上)，循环寿命超过2000次或日历寿命达到10年，成本低于2元/Wh。目前只有NMC电芯可以同时满足前三个硬指标。

因此笔者个人认为，NMC必将在未来成为动力电池的主流正极材料，而LFP和LMO由于自身缺点的限制而将只能屈居配角的地位。

现阶段业内比较一致的看法，NMC动力电池是趋势,未来3-5年之内高端的三元体系的动力锂电池将会呈现供不应求的*面。短期来看,目前国内动力锂电池仍将以磷酸铁锂为主锰酸锂为辅，国内的锂电池和电动汽车企业可通过对磷酸铁锂材料的掌握，在2-3年内形成成熟的电池技术，提高技术水平，然后再过渡到三元材料的技术路线上来。

因此材料和电芯厂家加紧在三元材料方面的布*，就成了比较迫切的战略问题。

笔者最后谈谈三元材料成本的问题，NMC相对LMO和LFP而言成本较高，这已是很多国人力捧LFP的初衷之一。目前国内质量较好的三元材料价格一般在15-18万元/吨，而动力型高端LMO一般在8万元左右，目前品质较好的LFP价格已经降到了10万元左右，而且LMO和LFP的成本都还有进一步下降的空间，比如LMO下降到6万元、LFP下降到6-8万元都有可能。

那么，成本就成了制约三元材料大规模应用于动力电池的一个关键因素。如果我们简单分析一下三元材料里面金属的成本比例，就发现如果单从原材料和生产工艺上降低成本，空间其实并不大。

笔者个人认为，比较现实的途径只能有两条，一是进一步提高NMC产品的质量，以期达到超长循环寿命。如果我们比较单次循环的成本，那么增加循环寿命无疑会较大程度地降低动力电池在全寿命期间的整体使用成本。但这就需要企业具备很强的研发和技术实力，并且会增加生产成本。

虽然这是国际正极材料巨头们普遍采用的策略，但就目前国内正极材料厂家的利润率和研发水平而言，这条道路其实很艰难。

另外一条途径，就是建立完整的电池回收体系，从而充分利用金属资源。如果类似西方国家通过国家立法强制回收废旧锂电，笔者简单的计算表明，扣除回收工艺成本以后(回收Co和Ni，而Mn和Fe太便宜没有回收价值)，回收的金属大概可以弥补20%-30%的原材料成本，最终的三元材料成本将有10%-20%左右的下降空间。

如果考虑到三元电芯的高能量密度，那么三元电芯每Wh的成本跟LFP和LMO电池相比是有竞争力的。这就需要国内有一两家能够在产业链上进行整合的领军企业，在金属矿物原材料、三元材料生产、电芯制作和电池回收这几个领域有一定的业务重叠，才能最大限度地实现资源的最优化配置而降低生产成本。

笔者个人认为，在当前国内正极厂商研发和技术力量普遍薄弱的情况下，在资源利用率(成本)和产品品质上面取得比较适当的平衡，是迅速拓展市场跟国际产业巨头相抗衡的有效途径

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三元材料性质

三元材料”是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体学习释义：三元材料是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体，包括合金、无机非金属材料、有机材料、高分子复合材料等，广泛应用于矿物提取、金属冶炼、材料加工、新型能源等行业。三元材料的干燥技术以日本最为先进，其采用的是回转窑设备，但是其有金属污染，产品品质受影响，而采用微波干燥技术更优于回转窑技术，完全避免了金属污染；并且有干燥速度快，几分钟就可完成干燥处理。正极材料：钴酸锂电池的正极材料是钴酸锂LiCoO2，三元材料则是镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O2，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，钴酸锂和三元材料都是良好的锂电池正极材料，但是其化学特性各有差异，因此，针对其不同的化学特性，应用领域也有所不同。

三元材料国家标准

习惯一般称为镍钴猛(NCM)，这样就带来了三元材料型号的误解，因为三元材料的名称比如333、442、532、622、811等都是以NMC的顺序来命名的。而BASF则是因为购买了美国阿贡国家实验室(ANL)的相关专利，为了显示自己与3M的“与众不同”并且拓展中国市场，而故意称三元材料为NCM。三元材料(NMC)实际上是综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三种材料的优点，由于Ni、Co和Mn之间存在明显的协同效应，因此NMC的性能好于单一组分层状正极材料，而被认为是最有应用前景的新型正极材料之一。三种元素对材料电化学性能的影响也不一样，一般而言，Co能有效稳定三元材料的层状结构并抑制阳离子混排，提高材料的电子导电性和改善循环性能。但是Co比例的增大导致晶胞参数a和c减小且c/a增大，导致容量降低。而Mn的存在能降低成本和改善材料的结构稳定性和安全性，但是过高的Mn含量将会降低材料克容量，并且容易产生尖晶石相而破坏材料的层状结构。Ni的存在使晶胞参数c和a增大且使c/a减小，有助于提高容量。但是Ni含量过高将会与Li+产生混排效应而导致循环性能和倍率性能恶化，而且高镍材料的pH值过高影响实际使用。在三元材料中，根据各元素配比的不同，Ni可以是+2和+3价，Co一般认为是+3价，Mn则是+4价。三种元素在材料中起不同的作用，充电电压低于4.4V(相对于金属锂负极)时，一般认为主要是Ni2+参与电化学反应形成Ni4+;继续充电在较高电压下Co3+参与反应氧化到Co4+，而Mn则一般认为不参与电化学反应。三元材料根据组分可以分为两个基本系列：低钴的对称型三元材料LiNixMnxCo1-2xO2和高镍的三元材料LiNi1-2yMnyCoyO2两大类型，三元材料的相图如上图所示。此外有一些其它组分，比如353、530、532等等。

三元材料是什么

电池型号。

inr一般代表三元材料圆柱锂电池。INR1865P2200mAh代表的是三元18650锂电池，功率型，电池容量是2200mAh。INR一般代表三元材料圆柱锂电池。I代表锂电。N代表三元材料。R代表圆柱型。18650代表是电池型号。P代表功率型。2200mAh代表电池容量。