鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1771次 | 2022年10月11日
三元鋰電池的NCM和NCA路線之爭
三元鋰電池，并認(rèn)為它會成為動力電池尤其是乘用車領(lǐng)域的主要電池類型，相比與磷酸鐵鋰電池，它擁有更高的比能量和比功率，更符合乘用車的需求。在過去的2017年，中國的三元電池實(shí)現(xiàn)裝車15GWh，占比44.71%，雖然略低于磷酸鐵鋰電池，但隨著乘用車電動車的發(fā)力，我們可以預(yù)期它很快可以成為絕對第一。
不過，值得注意的是，我們國家的三元鋰電池主要是NCM電池，而并非特斯拉上所使用的NCA三元鋰電池，那么，這兩者之間到底有何不同，未來的發(fā)展又將如何，我們一起來簡單了解下。
首先，無論NCM還是NCA，都是指電池正極材料，NCM是指正極材料由鎳鈷錳三種材料由一定比例組合而成，而NCA的正極材料是由鎳鈷鋁構(gòu)成，每個字母對應(yīng)的都是相關(guān)元素的化學(xué)首字母。可以看到，兩種三元材料的前兩者是一樣的，都是鎳和鈷，只有最后一個不同，前者為錳，后者為鋁。
一個基礎(chǔ)事實(shí)是，隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量逐漸升高，電芯的能量密度也會隨之提高。因此，在NCM電池中，按照三者含量不同，NCM材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其中后面的數(shù)字代表的就是三者的比例。在對續(xù)航里程要求越來越高的需求下，電池的比能量需要更高，再加上作為稀有金屬的鈷價格不斷上漲之下，高鎳體系的NCM811將成為未來重要的發(fā)展方向。
而NCA中鎳鈷鋁常見的配比為8:1.5:0.5，鋁的含量非常少，因此可以理解它接近二元材料，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(jìn)行改性，離子摻雜可以增強(qiáng)材料的穩(wěn)定性，提高材料的循環(huán)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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
由于NCA材料的技術(shù)壁壘高，目前產(chǎn)能主要集中在日韓，我國量產(chǎn)較少。主要供應(yīng)商有住友金屬(Sumitomo)、日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)株式會社和戶田化學(xué)(Toda)，韓國的Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品銷售。其中，Toda主要供應(yīng)日本AESC和韓國LGC，Sumitomo主要供應(yīng)松下和PEVE，韓國的Ecopro對應(yīng)客戶為SDI。
NCA電池在中國還未能大量生產(chǎn)，主要的難點(diǎn)在于：
一、高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致電池的安全性下降，使得電池生產(chǎn)企業(yè)和終端產(chǎn)品用戶對NCA電池的安全性心存顧慮，需要從電芯設(shè)計、電源系統(tǒng)設(shè)計、電源使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)可靠的安全設(shè)計。
二、充放電過程存在嚴(yán)重的產(chǎn)氣，這會導(dǎo)致電池鼓脹變形，循環(huán)及擱置壽命下降，電池存在安全隱患，所以通常采用耐壓的圓柱電池殼制作NCA電池，降低了產(chǎn)氣量以控制電池鼓脹變形問題。
三、NCA要求在電池生產(chǎn)全過程均要控制濕度在10%以下，而其他材料目前只需注液工序?qū)穸冗M(jìn)行嚴(yán)格控制。這對國內(nèi)企業(yè)形成了很大的挑戰(zhàn)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
目前還沒有公開的數(shù)據(jù)，可以詳細(xì)比較NCA和NCM811的能量密度、安全性以及性價比，很難說孰優(yōu)孰劣。不過，有專家指出，NCA和NCM811性能上比較接近，但在價格上NCM811略微便宜。而且，NCA體系電池也并非盡善盡美，如果要進(jìn)一步提升能量密度，需要在21700基礎(chǔ)上不斷地做大體積，而這會對電池安全管理提出更大的挑戰(zhàn)。基于這些原因，中國的NCA電池目前的產(chǎn)量比較小，也在情理之中，2017年NCA電池的裝車量只有區(qū)區(qū)286.5MWh。
不過，查閱了特斯拉的相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，松下最近與特斯拉聯(lián)合推出21700的NCA電池，單體的能量密度接近300Wh/kg左右，比原來18650電池的250Wh/kg提高約10%以上，幾乎是世界上能量密度最高的量產(chǎn)鋰離子電池了。這個數(shù)字，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出國內(nèi)使用率最高的NCM523電池單體200Wh/kg的能量密度水平，也明顯高出國內(nèi)剛剛出現(xiàn)且最為領(lǐng)先的NCM811電池的能量密度水平，即單體最高250Wh/kg、系統(tǒng)最高200Wh/kg的水平。所以說，對于NCA電池，還是有必要研發(fā)，好在國內(nèi)的電池企業(yè)大多數(shù)在此方面已經(jīng)有所動作，只是看什么時候能夠突破技術(shù)壁壘，形成量產(chǎn)能力。
NCM與NCA都是高鎳的三元鋰電池，最大的優(yōu)勢就是比能量高，能夠?yàn)檐囕v提高更加充足的電量。假如但從能量需求看，NCA電池似乎還是更有優(yōu)勢，不過綜合考慮制造工藝、成本、還有目前的技術(shù)條件，中國的電池企業(yè)當(dāng)下主要還是集中在生產(chǎn)NCM。但幾乎所有大型的電池企業(yè)對于NCA都在積極研發(fā)，可以預(yù)期，中國未來一定能夠突破日韓的技術(shù)壁壘，大規(guī)模量產(chǎn)NCA電池。而NCM與NCA電池會同時成為三元鋰電池的主要構(gòu)架。
