鉅大LARGE | 點擊量：1658次 | 2023年04月24日
詳解三元鋰離子電池的NCM和NCA的路線之爭
我們在之前的文章中為大家介紹過三元鋰離子電池，并認為它會成為動力鋰電池尤其是乘用車領域的重要電池類型，相比與磷酸鐵鋰離子電池，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，我國的三元電池實現裝車15GWh，占比44.71%，雖然略低于磷酸鐵鋰離子電池，但隨著乘用車電動汽車的發力，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，我們國家的三元鋰離子電池重要是NCM電池，而并非特斯拉上所使用的NCA三元鋰離子電池，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相同的，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，目前產量重要集中在日韓，我國量產較少。重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重要供應日本AESC和韓國LGC，Sumitomo重要供應松下和PEVE，韓國的Ecopro對應客戶為SDI。
NCA電池在我國還未能大量生產，重要的難點在于：
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，使得電池生產公司和終端產品用戶對NCA電池的安全性心存顧慮，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。這對國內公司形成了很大的挑戰。
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，假如要進一步提升能量密度，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，我國的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，小電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，關于NCA電池，還是有必要研發，好在國內的電池公司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，形成量產量力。
小電評：
NCM與NCA都是高鎳的三元鋰離子電池，最大的優勢就是比能量高，能夠為車輛提高更加充足的電量。假如但從能量需求看，NCA電池似乎還是更加有優勢，不過綜合考慮制造工藝、成本、還有目前的技術條件，我國的電池公司當下重要還是集中在生產NCM。但幾乎所有大型的電池公司關于NCA都在積極研發，可以預期，我國未來一定能夠突破日韓的技術壁壘，大規模量產NCA電池。而NCM與NCA電池會同時成為三元鋰離子電池的重要構架。這幾年，新能源電動汽車的出現，可以說是做到了這些，但是這種汽車現在還只是少量，并沒有很大量的普及，那電動汽車的電池到底是怎么樣分類的？電動汽車的電池一般能用多長時間？電池又該如何保養呢？
蓄電池適用于純電動汽車，包括鉛酸蓄電池、鎳基電池、鈉硫電池、二次鋰離子電池、空氣電池。
燃料動力電池專用于燃料動力電池電動汽車，包括堿性燃料動力電池(AFC)、磷酸燃料動力電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料動力電池(MCFC)、固體氧化物燃料動力電池(SOFC)、質子交換膜燃料動力電池(PEMFC)、直接甲醇燃料動力電池(DMFC)。
其中鎳氫電池僅豐田的非插電混動車中使用，不適合作為單獨的動力源。鉛酸電池重要運用在低速電動汽車，也就是俗話說的老年代步車。
根據材料的不同，鋰離子電池又分為許多種，技術相對成熟用于市場上的重要是三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池。
