鉅大LARGE | 點擊量：1472次 | 2022年03月02日
NCM和NCA路線之爭
我們在之前的文章中為大家介紹過三元鋰電池，并認為它會成為動力電池尤其是乘用車領域的主要電池類型，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，中國的三元電池實現裝車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力，我們可以預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成，每個字母對應的都是相關元素的化學首字母。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。
一個基礎事實是，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，其中后面的數字代表的就是三者的比例。在對續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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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材料的技術壁壘高，目前產能主要集中在日韓，我國量產較少。主要供應商有住友金屬(Sumitomo)、日本化學產業株式會社和戶田化學(Toda)，韓國的Ecopro和GSEM也有少量產品銷售。其中，Toda主要供應日本AESC和韓國LGC，Sumitomo主要供應松下和PEVE，韓國的Ecopro對應客戶為SDI。
NCA電池在中國還未能大量生產，主要的難點在于：
一、高鎳材料荷電狀態下的熱穩定性較差，導致電池的安全性下降，使得電池生產企業和終端產品用戶對NCA電池的安全性心存顧慮，需要從電芯設計、電源系統設計、電源使用等環節進行系統可靠的安全設計。
二、充放電過程存在嚴重的產氣，這會導致電池鼓脹變形，循環及擱置壽命下降，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，降低了產氣量以控制電池鼓脹變形問題。
三、NCA要求在電池生產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對濕度進行嚴格控制。這對國內企業形成了很大的挑戰。
目前還沒有公開的數據，可以詳細比較NCA和NCM811的能量密度、安全性以及性價比，很難說孰優孰劣。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，如果要進一步提升能量密度，需要在21700基礎上不斷地做大體積，而這會對電池安全管理提出更大的挑戰。基于這些原因，中國的NCA電池目前的產量比較小，也在情理之中，2017年NCA電池的裝車量只有區區286.5MWh。
不過，筆者查閱了特斯拉的相關資料發現，松下最近與特斯拉聯合推出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鋰離子電池了。這個數字，遠遠高出國內使用率最高的NCM523電池單體200Wh/kg的能量密度水平，也明顯高出國內剛剛出現且最為領先的NCM811電池的能量密度水平，即單體最高250Wh/kg、系統最高200Wh/kg的水平。所以說，對于NCA電池，還是有必要研發，好在國內的電池企業大多數在此方面已經有所動作，只是看什么時候能夠突破技術壁壘，形成量產能力。
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