不過,值得注意到是,我們國家的三元鋰電池主要是NCM電池,而并非特拉斯上所使用的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,無論是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,每個字母對應的都是相關元素的化學首字母??梢钥吹?,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(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行改性,離子摻雜可以增強材料的穩(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。
由于NCA材料的技術壁壘高,目前產(chǎn)能主要集中在日韓,我由于NCA材料的技術壁壘高,目前產(chǎn)能主要集中在日韓,我株式會社和戶田化學(Toda),韓國的Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)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(chǎn),主要的難點在于:
一、高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性較差,導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,需要從電芯設計、電源系統(tǒng)設計、電源使用等環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)可靠的安全設計。
二、充放電過程存在嚴重的產(chǎn)氣,這會導致電池鼓脹變形,
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行嚴格控制。這對國內(nèi)企業(yè)形成了很大的挑戰(zhàn)。
目前還沒有公開的數(shù)據(jù),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(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(zhàn)?;谶@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,小電查閱了特斯拉的相關資料發(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,遠遠高出國內(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電池似乎還是更有優(yōu)勢,不過綜合考慮制造工藝、成本、還有目前的技術條件,中國的電池企業(yè)當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),可以預期,中國未來一定能夠突破日韓的技術壁壘,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。