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中國NCA體系鋰電池發展現狀及趨勢
中國NCA體系鋰電池發展現狀及趨勢
鋰離子電池按照使用正極材料的不同,主要可以分為鈷酸鋰電池、三元電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池,從發展前景來看,不管是國家政策,還是市場需求,三元電池似乎都占據先天性的優勢,也就是高能量密度,再從各大電池企業的研發投入來看,三元電池的占比也是要遠遠超過其它類型的鋰電池。三元電池又可以細分成NCM路線和NCA路線,NCM是指正極材料由鎳鈷錳三種材料按一定比例組合而成,產品類型從NCM111(N:C:M=1:1:1)到,532,622,811,隨著鎳含量的增加,電池能量密度也相應得到了提升,而NCA的正極材料是由鎳鈷鋁構成,三種材料通常的配比為8:1.5:0.5,相對更高能量密度的NCA規模化應用也在日韓普遍展開。由于目前鋰電池產業主要集中在中日韓三國,從路線的選擇上,日本主要以NCA路線為主,韓國則是NCM和NCA齊頭并進,中國目前來看是以NCM路線為主,NCA的產量相對較小。表 1NCM和NCA電池基本信息對比來源:真鋰研究、公開資料整理圖 1NCA電池與NCM811電池在過充濫用測試情況下對比目前,中國還沒有大規模生產NCA電池的原因主要有以下幾點:1、中國電池企業對于NCA的研發起步相比于日韓要晚,在制造工藝、專利、材料使用上還是與日韓企業有一定差距。2、NCA的生產工藝相較于NCM811更加嚴格,比如NCA在制造過程中要求濕度要控制在10%以下,而NCM以及其它類型電池目前只需要在注液工序對濕度進行嚴格控制。這種高標準的生產環境對國內企業形成了很大的挑戰。3、誤認為NCA電池安全性能較差,需要很好的BMS、模組、電池包的設計方案,這也是為什么目前只有特斯拉能夠大規模應用NCA的原因。其實從上圖可以看到,在過充濫用測試的情況下,NCM811的安全性是比不上NCA的。圖 12016-2020E 中國電動汽車NCA電池裝機量預測來源:真鋰研究從NCA的主要應用來看,首先來看電動汽車領域,從數據上可以看到,2017年NCA裝機量同比增長326%,2018年雖同比有所下滑,但到2019年,前七個月的裝機量已經超過了2017年、2018年全年的裝機量,增速較快,目前中國電動汽車市場NCA電池主要的供應商有松下、三星、江蘇天鵬、德朗能、力神。圖22016-2020E 中國電動工具NCA電池裝機量預測來源:真鋰研究從電動工具市場的NCA用量來看,裝機量由2016年的0.95GWh,增長到2018年1.71GWh,由于電動工具市場使用的全部都是圓柱形鋰電池,更加適合NCA體系,預計到2020年電動工具NCA電池裝機量能夠達到2.44GWh,占整個電動工具總裝機量的40%以上。目前,電動工具NCA電池主要供應商有三星SDI、LG、松下、江蘇天鵬。目前NCA電池做的最好的無疑是松下,早期推出的18650NCA電池能量密度就已經達到250Wh/kg,2018年初,由松下和特斯拉聯合推出的21700NCA鋰電池,單體能量密度已經達到340Wh/kg,超過目前NCM811的280Wh/kg的能量密度。三星SDI是除松下外最主要的NCA動力電池生產廠家,他們的21700主力產品48G 4800mAh能量密度也已經達到260Wh/kg。LG化學為了進入特斯拉供應鏈,也在積極研發NCA體系的21700電池,2018年已經成功實現了量產,最新產品M50 5000mAh能量密度達到270Wh/kg。中國國內在NCA電池方面做的最好的企業應該是江蘇天鵬,江蘇天鵬在NCA電池方面,與特斯拉同類型的高比能NCA/硅體系產品早在2017年底就已實現批量并大規模穩定出貨,尤其在電動工具市場鋰電池供應上占據國內龍頭地位。其它做的比較好的企業還有天津力神、德朗能等。除了上述已經實現量產的企業,目前中國鋰電池龍頭企業CATL和BYD都有NCA電池的研發布局,而在NCA材料方面,國外市場NCA材料主要被住友金屬、日本化學產業株式會社和戶田化學三家所壟斷,中國市場目前貝特瑞的產能最大(3000噸NCA材料產能),其它比如杉杉能源、容百鋰電、巴莫、長遠鋰科等都有少量的NCA材料的產能布局。總的來說,由于技術、成本等原因,目前中國三元鋰電池市場還是以NCM為主,NCA規模并不大,但是隨著國內電池企業和車企對NCA電池的認知提升,國產化正極材料的綜合性能和穩定性的提高,NCA材料成本的下降,國產NCA一定能夠突破日韓企業的技術、工藝壁壘,大規模的量產NCA鋰電池,未來我們相信三元鋰電池的市場將會是NCM和NCA并存前進。
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垂直整合上下游產業鏈,A级毛片古装涉足藍寶石襯底切磨拋領域初見成果
垂直整合上下游產業鏈,A级毛片古装涉足藍寶石襯底切磨拋領域初見成果
盡管氮化鎵(GaN)基LED在景觀照明、室內照明、道路照明、背光源等應用領域已經成熟,Mini/Micro LED高清顯示的應用領域也正在培育,并呈現了迅猛發展的勢頭。然而,經過二十多年的發展,業界一直最為關注的核心依舊是LED光效與成本。上游襯底材料是直接影響著中下游外延、芯片和封裝器件性能的關鍵。縱觀全球GaN基LED材料體系,目前已經使用的襯底材料包括藍寶石、碳化硅(SiC)、硅(Si)和GaN。其中,SiC襯底及技術被美國Cree公司所壟斷;由南昌大學江風益教授發明的Si基LED技術榮獲2015年國家技術發明一等獎,但因量產工藝成熟度等因素,業界對Si襯底仍保持觀望態度;GaN襯底更是因技術成熟度和成本因素,目前僅應用在高端激光與功率器件等領域。由于SiC、Si、GaN等襯底技術路線均有著其成熟度、成本等因素制約而無法在短期內批量應用,而全球藍寶石襯底產業規模已非常龐大,廠家難以在短期內進行材料體系的更新換代,多種原因決定了在一個較長的時期內沒有其他材料能直接替代藍寶石襯底在LED行業的應用。基于提升企業綜合競爭力的考慮,2018年A级毛片古装又成立藍寶石襯底切磨拋項目部,通過組建技術團隊、健全工藝/設備/生產/品質的管控體系、開發切/磨/拋整套制程工藝,為企業個性化產品的研發和制造增加了可能。經過一年多與PSS、外延和芯片端的工藝窗口磨合與匹配,不斷優化平片的Bow/Warp/TTV/LTV等指標參數,已于2019年年初實現批量化生產。在穩定量產的基礎上,A级毛片古装開發出一套統一面型的切磨拋工藝技術,大幅度提升了公司藍寶石襯底在PSS和外延端的良率水平,同時, LED外延片的波長命中率與一致性、芯片主BIN良率、光效、以及成本控制等方面均達到業內較好水平。A级毛片古装開發的藍寶石襯底“碗狀”面型分布在7mm×7mm面積內的LTV值<0.5 um目前A级毛片古装已涉及切磨拋藍寶石襯底、PSS、外延和LED芯片整條產業鏈,通過對產業鏈上下游垂直整合,有效地提升了整個LED制程環節的適配度,從而顯著提升LED性能的同時降低制造成本,提升了企業的綜合競爭力。
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對標日韓巨頭 江蘇天鵬NCA電池“領跑” | 高工特寫
高工鋰電
對標日韓巨頭 江蘇天鵬NCA電池“領跑” | 高工特寫
摘要在三元圓柱鋰電池深耕十多年之后,江蘇天鵬(TENPOWER)成為國內首家量產NCA體系圓柱電池的企業。在鋰電池高鎳化的征途中,圓柱電池明顯比方形電池和軟包電池快人一步,而在NCA和NCM811的路徑選擇上,市場角力的關鍵點在于,誰能在安全性上更上一籌,誰就將更具產品競爭力。配套特斯拉的松下,給出的答案是NCA體系,背后的原因在于,盡管NCA體系生產制造難度比NCM811更大,但其在的安全性上具有更勝一籌的優勢。而韓國鋰電巨頭三星SDI,也在明顯加大對于NCA體系的投入。而這也是對標日韓電池系的江蘇天鵬(TENPOWER)在布局高鎳電池時,將目光鎖定于NCA體系的最主要原因。在三元圓柱鋰電池深耕十多年之后,江蘇天鵬(TENPOWER)成為國內首家量產NCA體系圓柱電池的企業。高工鋰電獲悉,江蘇天鵬(TENPOWER)NCA體系圓柱電池已經于2017年實現規模化量產,同時已經在包括高端電動工具、園林工具、兩輪車、微型電動車等應用領域得到批量應用,并得到了來自客戶端的良好反饋。對于NCA技術路線的選擇,江蘇天鵬(TENPOWER)總經理陳璇向高工鋰電表示,天鵬經過多年研發、測試發現,盡管NCA體系在材料生產以及電池制造上難度都更高,成本也更高,但是其在整體的穩定可靠性,尤其是在一些極端濫用條件下的安全性上有明顯優勢,這契合了天鵬的產品價值觀和企業文化,正是看中于此,江蘇天鵬(TENPOWER)確立了NCA方向。NCA電池與NCM811電池在過充濫用測試情況下對比然而,要真正將NCA電池推向量產,絕非易事,尤其是以國內現有的供應鏈體系和生產制造控制能力,對此,江蘇天鵬(TENPOWER)對標日韓系企業,在產品設計、生產制造、供應鏈把控等各個環節進行了一系列針對性的突破。陳璇介紹,NCA電池生產的難度主要體現在三個層面,一是原材料穩定性的控制;二是電池的設計;三是電池生產制造的過程控制。NCA中鎳鈷鋁常見的配比為8:1.5:0.5,鋁的含量非常少,以Al(過渡金屬)代替錳,是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性,離子摻雜可以增強材料的穩定性,提高材料的循環性能。但是在制作過程中,由于Al為兩性金屬,不易沉淀,因此NCA材料制作工藝上存在門檻,目前國際上具有NCA多年、大批量穩定生產經驗的廠家,還主要在日韓。在原材料的穩定性控制上,NCA材料生成難度高,普通的生產設備,工藝條件和過程環境是無法滿足NCA材料的穩定性的要求。自2014年起,江蘇天鵬(TENPOWER)對國內外的材料廠商進行了大量的評價測試分析。對比國內NCA材料的綜合性能和穩定性,進口的NCA材料在各項指標的穩定性上具有明顯的優勢,盡管價格也會高于國內,但是為保證產品的高可靠性和一致性。江蘇天鵬(TENPOWER)選擇采用與三星、村田等日韓系的材料供應鏈,并建立了供應鏈的戰略合作,以此保證穩定的供給。在電池的設計上,可靠性設計是產品具有更好一致性和穩定性的基礎,對于NCA體系而言,更是如此,聚焦于此,江蘇天鵬(TENPOWER)結合自身在圓柱電池10多年的研發經驗,針對于NCA體系做了針對性的設計開發和產品驗證,在追求高比能量的同時,重點兼顧安全和一致性,并通過了國家強制檢驗。在生產制造的過程控制上,與其它材料體系只需注液工序對濕度進行嚴格控制不同,NCA要求在電池生產全過程均要控制濕度在2%以下,這對生產制造提出了很大的挑戰。江蘇天鵬(TENPOWER)介紹,為了滿足嚴苛的生產條件,天鵬NCA體系電池全程都在2%RH以下的環境控制的生產車間內制造。即便如此,高殘堿的NCA體系的漿料依然面臨穩定性問題,對此,江蘇天鵬(TENPOWER)掌握了一套特殊的工藝過程處理,以保障產品的一致性和穩定性。基于NCA體系,江蘇天鵬(TENPOWER)開發了多元化系列產品,分別針對于高端電動工具、吸塵器、電動汽車及兩輪車等不同的細分市場。針對高端電動工具、吸塵器等小動力市場,天鵬主打的產品為2.5Ah18650電芯,該產品兼顧了高容量和大倍率,可以實現15C放電,滿足小動力應用對于倍率的高要求。針對電動汽車和輕型車領域,天鵬的的主力產品為28HE、32HE18650等電芯,該系列產品能滿足微型電動車和電動自行車對于高續航的要求,同時可以實現2-5C的放電倍率,快充性能優秀,可以應對整包140-160kwh/kg的中長期技術要求。目前該系列產品已經在包括上汽通用五菱、五羊本田、博世等客戶的不同產品上得到應用。此外,針對現有的以汽油機為動力的園林工具以及很多直流大電流工具,江蘇天鵬(TENPOWER)開發了基于NCA體系的21700規格電池,可以滿足更大倍率、更大能量密度以及更低成本的應用要求,該產品已經處于小批量產階段。除了在NCA體系電池上國內領跑,江蘇天鵬(TENPOWER)在小動力電池領域的倍率性能提升上也遠超同行,甚至超越了部分國際競爭對手。目前,江蘇天鵬(TENPOWER)的30A高倍率產品穩定出貨中,其18650系列1.5/2.0AH-30A產品已解決了30A持續放電壽命短及溫升問題,短時間脈沖輕松承載100A以上電流,低溫性能測試方面也成績優異,在-10℃的環境下循環性能良好,保障了低溫環境的使用安全,能更好的滿足客戶在極端環境下的使用要求,其良好的產品品質贏得了市場越來越多的青睞。
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淮安A级毛片古装光電獲1億元政府補貼
LEDinside
淮安A级毛片古装光電獲1億元政府補貼
近日,淮安A级毛片古装光電技術有限公司(以下簡稱“A级毛片古装光電”)公告顯示,A级毛片古装光電獲淮安政府10,000萬元投資獎勵,支持LED產業發展,目前已收到該筆獎勵資金款項中的2,000萬元。A级毛片古装光電表示,公司始終堅持立足既有市場,通過加大研發投入,提高產品性能,開辟新的數碼管、燈絲燈、高階燈管、高光效面板燈、高壓芯片、HV燈珠、COB DBR倒裝芯片利基市場。A级毛片古装光電表示,公司自上游襯底材料端做好技術把控,引入PSS技術團隊,進行PSS襯底的技術積累,經過多年的沉淀,自產PSS產品在性能、工藝創新等方面取得了一系列的重大突破。公司PSS產品的片內片間均勻性、批次間一致性等方面均達到國內外同行業領先水平;在LED外延片波長命中率、STD、光效等指標上均優于外購襯底;在LED器件的工作電壓(VF)、抗靜電能力(ESD)等性能指標的表現也尤為突出。結合在小面積芯片的多年沉淀和技術積累,發揮其優勢合理的運用在高壓芯片的研發與制造上,最大限度的控制EPI的浪費面積,提高產品可靠性穩定。通過對微漏電、抗靜電能力、閘流體的篩選方法的精心設計。在工藝方面,增加ISO工藝,在黃光工藝、ICP刻蝕工藝上加強最終效果的關鍵角度管控,從而制約了芯片的可靠性。高光效方面,持續攻克藍光LED的"Droop"效應,降低電流密度較大時發光效率會明顯衰退的問題,改善電流擴展,降低局部電流擁塞造成的發光效率降低問題。同時改善LED在高溫下的發光亮度隨著結溫的上升而衰退的情況和提升內部量子效率問題,改善芯片與圖形化襯底設計進一步提升光取出效率。目前高光效方面已取得了較大的技術突破,在市場表現上也取得了優異的成績。A级毛片古装表示,公司一直專注于產品細節的優化與技術提升,通過不斷的提升研發能力,優化產品,提升產品可靠性,以最優的產品服務客戶,回饋社會。
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A级毛片古装PSS取得重大突破
A级毛片古装PSS取得重大突破
整個LED照明產業鏈包含襯底材料、外延與芯片、封裝與器件、模組與燈具、以及系統與應用等領域。其中上游襯底材料是源頭,直接影響著中下游外延芯片、封裝等方面的技術發展。LED所采用的襯底材料包括藍寶石、碳化硅、硅和氮化鎵襯底,其中藍寶石襯底以技術成熟度高和性價比高的優勢,成為行業內主流的襯底材料,占據市場份額的98%以上。圖1. LED光效與產業鏈的關系然而,由于藍寶石材料與氮化鎵材料存在較大的晶格失配和熱失配以及氮化鎵與藍寶石之間存在較大的折射率差形成的全反射,使得LED存在內量子效率偏低、內部光子無法出射,LED單面出光效率只有約4%的問題。通過半導體微納加工工藝,在藍寶石表面形成微納米級圖案,制備出圖形化藍寶石襯底(Patterned Sapphire Substrates,簡稱PSS),能有效解決平面藍寶石襯底所面臨的光效低的瓶頸問題。一方面,圖案化藍寶石微結構界面改變了GaN材料的生長過程,能抑制缺陷向外延表面的延伸,提高器件內量子效率;另一方面,圖形化GaN/藍寶石界面能散射從有源區發射的光子,使得原本全反射的光子有機會出射到器件外部,從而有效提高光提取效率。相對常規平片藍寶石襯底,采用圖形化藍寶石襯底實現的LED器件,其光效提升30%以上。目前PSS在LED襯底領域的滲透率已經超過90%。自2015年起,A级毛片古装就開始引入PSS技術團隊,進行PSS襯底的技術積累,經過多年的沉淀,自產PSS產品在性能、工藝創新等方面取得了一系列的重大突破。公司PSS產品的片內片間均勻性、批次間一致性等方面均達到國內外同行業領先水平;在LED外延片波長命中率、STD、光效等指標上均優于外購襯底;在LED器件的工作電壓(VF)、抗靜電能力(ESD)等性能指標也有不俗的表現。圖2.A级毛片古装的圖形化藍寶石襯底(放大30000倍)PSS技術團隊有著一種精益求精的工匠精神,相信有著豐富經驗和深厚理論基礎他們會不斷改進、優化產品性能,助力公司LED芯片的性能提升。
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A级毛片古装的“高壓”之路
A级毛片古装的“高壓”之路
目前,市場上普通照明芯片的價格競爭是最為激烈的,而高壓芯片由于其占用的面積非常小(圖1)可以適用于更多的裝配需求;同時,隨著市場球泡燈價格持續降低,對物料降本的要求變得更急迫,9V-18V的高壓芯片能有效的降低電源成本和減少燈珠使用量。所以高壓芯片方案由9V~18V也就變成了市場趨勢;此外,對于LED芯片企業來說,相較普通LED芯片,高壓芯片的利潤率也相對良好,因此,即便高壓芯片技術難度高卻依然呈現其市場寵兒的地位。圖1. 普通LED(左)和高壓LED(右)在面積上的差別所謂高壓LED,簡單點講就是把很多3V小功率LED串聯起來,變成了高壓LED,目前市場上的高壓LED方案主要還是9V~18V。其實過去也做串聯,而區別在于,早前是燈具廠商將已經封裝好了的小功率LED燈珠串聯起來。現在則是由LED生產廠家提供一種串聯好了的小功率LED,再封裝,并把它稱之為“高壓LED”, 因而可以簡單的理解為高壓LED的優劣,很大程度上需要依賴串聯前的小面積芯片的性能好壞。A级毛片古装有著小面積芯片的多年沉淀和技術積累,將其優勢合理的運用在高壓芯片的研發與制造上,每個技術要點在高壓上重新理解,最大限度的控制EPI的浪費面積,提高產品可靠性穩定。在技術上A级毛片古装的高壓芯片通過對微漏電、抗靜電能力、閘流體的篩選方法做了精心的設計;在工藝方面,增加ISO工藝,在黃光工藝、ICP刻蝕工藝上加強最終效果的關鍵角度管控,從而制約了芯片的可靠性。圖2.A级毛片古装的高壓LED 通過不斷提升技術研發能力,A级毛片古装在高壓LED市場占領了一席之地,高壓LED產品已經順利切入多家高品質要求的客戶,完成了產品測試,并實現批量供貨中,為整個公司在這一輪行業優勝劣汰中扎實了根基。從整個產業鏈來講,高壓LED的出現,將小功率LED的串聯放在了封裝前,由專業的人做專業的事,大大的提升了產品的良率和可靠性,使得產業往更為合理化的方向發展。
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