高镍正极材料的优势在于克容量较高,从各国动力电池技术路径规划来看,2020年动力电池电芯能量密度普遍将达到300Wh/kg以上,在现有技术体系中,高镍三元是最可行的商业化方案,三元正极高镍化趋势明朗。
3月22日,上海证券交易所官网公布科创板首批受理上市申请的9家企业名单,宁波容百新能源科技股份有限公司(简称“容百科技”)位列其中,拟发行不超过4500万股,融资金额为16亿元,且公司最新一轮估值高达102亿元。
容百科技作为一家主要从事锂电池正极材料及其前驱体的研发、生产与销售的跨国型集团公司,于2014年9月重组建立,由中韩两支均拥有二十余年锂电正极材料行业成功创业经验的团队共同打造。
尤其是在高镍三元材料领域,无论是在技术研发、产品量产,客户应用上,容百科技领跑国内同行。目前其配套客户已经涵盖力神、比克、CATL、比亚迪等头部企业。
在容百科技的的招股说明书中,对于高镍材料目前的产业化难题以及其在研发、技术、客户开拓等领域的竞争优势做了详细解读。
目前,NCM811动力电池产品相较NCM523产品能量密度可提升25%,后续高镍正极产品性能的进一步优化可使得能量密度优势提升30%以上。能量密度提升意味着同等重量的电池可以提供更多的带电量,实现轻量化的同时显著提升续航里程。
2017年开始,随着电芯技术的不断进步、大企业的持续研发投入,包括容百材料等少数厂商陆续实现了NCM811的量产。国内主要圆柱电池企业,如比克动力、天津力神、福斯特、德朗能等陆续进入811电池量产阶段,未来随着设备自动化程度逐渐提高、生产环境管控能力逐步加强,预计2019年NCM811正极材料及相关电池产品占比将大幅提升。
高镍材料的产业化差异
高镍三元正极材料由于氧化性较强,需要掺杂包覆做产品改性才能使用,掺杂包覆元素的选择以及分布的均匀性,依赖生产厂商的技术工艺及生产设备。
在原材料方面:对于常规三元正极材料,由于碳酸锂成本普遍低于氢氧化锂,大部分厂商均采用碳酸锂作为锂源材料。高镍三元材料需要更高的能量密度、更好的充放电性能,普遍采用氢氧化锂作为锂源材料。
在生产设备方面:高镍三元材料尤其容易产生金属离子混排问题(不同金属离子混合占位,对于材料的首次效率、可逆容量、循环性能等电化学性能造成不利影响),需要尽量消除,因而需要在纯氧环境中生产,所以高镍产品的烧结需要氧气炉,而常规三元只需使用空气炉。
在生产环境方面,高镍三元材料对于湿度要求更高,一般需要专用除湿、通风设备。在磁性物控制方面,高镍三元材料也有更高要求,往往需要对厂房进行特定改造。
由于生产工艺及生产环境的要求显著提升,窑炉的多温区温度控制精度、氧氛烧结对设备的密闭性要求均显著高于NCM523等常规产品,高品质、高一致性的高镍正极材料量产难度较大,产品整体合格率较低。
容百科技的“技术王牌”
容百科技是国内最早推出单晶NCM523、单晶NCM622三元正极材料厂商之一,以及首家高镍NCM811大规模量产企业。
在2017年率先实现NCM811规模化量产的基础上,陆续推出了第二代、第三代NCM811产品,在保持了技术领先与产能规模优势的同时,促进了锂电池领域NCM三元材料对钴酸锂材料的替代、高镍三元材料对常规三元材料的替代。凭借在单晶与高镍三元正极材料领域的技术优势,容百科技的NCM811产品在全球范围内率先应用于新能源汽车。
在自主创新方面,其在三元正极材料及其前驱体的一体化制造领域,掌握了多项国际领先、工艺成熟的关键核心技术,主要包括前驱体共沉淀技术、正极材料气氛烧结技术、正极材料表面处理技术、高电压单晶材料生产技术等,并具有权属清晰的自主知识产权。
在产业化的实现上,容百于2015年实现单晶高电压NCM523材料大规模量产,促进了三元正极材料在数码电池领域对钴酸锂的替代;2016年,突破并掌握高镍三元正极材料的关键工艺技术,推出了应用于圆柱动力电池的第一代811产品;此后,于2017年率先实现NCM811和单晶高电压NCM622产品的大规模量产,并在2018年末实现了高镍NCA及单晶高电压NCM811产品小规模量产。
高工锂电获悉,截至目前,其开发的单晶系列与高镍系列三元正极材料,配套用于宁德时代、比亚迪、LG化学、天津力神、孚能科技、比克动力等国内外多家知名电池厂商的前沿产品中,得到了市场的广泛认可。在循环寿命方面,其NCM811正极材料所应用的单体电池常温循环次数已可达2,000次以上。
开展全固态电池材料、钠电池材料、富锂锰基材料等基础性材料研究,以满足电池企业及经济社会对更高性能正极材料的需求。其中,在研开发的高容量单晶型NCM811、高能量高压实型NCA、多元高能量密度NCMA等新产品,已进入试生产、中试及小试阶段。
在工艺装备领域,由于高镍三元正极材料对掺杂包覆技术、烧结设备精度及加工工艺具有更高的技术要求,容百自主设计、建造的全自动化高镍正极材料生产线,以立体布局打破了传统产线的平面布局,提升了单位占地面积产能,优化了工序物流模式,并通过单体自动化设备分散控制、中控室集中操作、全流程无断点与密闭式生产,实现了安全、高效的自动化管理。
其中,公司针对高镍三元正极材料的独特技术要求,对烧结设备、包覆设备、物料输送系统、环境控制系统等进行了全新设计与独创开发,为高镍材料的量产及进一步提高产能打下了坚实基础。
在掌握三元正极材料及其前驱体的一体化核心技术的同时,容百科技还在废旧锂电池材料回收再利用业务领域进行积极布局,形成了动力电池循环利用的完整闭环与竞争优势。
据了解,容百具有“NiCoMn金属回收技术”、“Li2CO3回收技术”等废旧材料回收再利用核心技术,通过无机酸溶解、除杂、共沉淀等方法回收可使用的镍、钴、锰、锂元素材料,综合回收率高,处于行业领先水平。
同时,其所投资的合营子公司TMR株式会社已实现了锂电池废料回收利用业务的成熟应用,是公司向动力电池循环利用领域扩展的重要战略布局。
此外,容百科技在三元材料前驱体的生产过程中,采取了多项回收循环再利用技术,在避免环境影响的同时,实现了前驱体生产的生态循环经济。