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三元材料(NCM,NCA),道路如何抉择?

更新时间:2024-06-26      点击次数:112


三元材料(NCM、NCA):性能可调控,道路如何抉择?


三元材料(NCM,NCA),道路如何抉择?

三元材料是与钴酸锂结构极为相似的锂镍钴锰氧化物(LiNixCoyMn1-x-y02)的俗称,这种材料在比能量、循环性、安全性和成本方面可以进行均衡和调控。镍钴锰三种元素的不同配置将为材料带来不同的性能:镍含量增加将增加材料的容量,但会使循环性能变差;钴的存在可使材料结构更加稳定,但含量过高会使容量降低;锰的存在可以降低成本并改善安全性能,但含量过高则会破坏材料的层状结构,因此找到三种材料的比例关系以达到综合性能top优化,是三元材料研发的重点。常见配比有 NCM111、523、622、811 等。NCA(LiNio.8C0015Ah0502)则是将其中的锰元素用铝元素来替代,一定程度上改善材料的结构稳定性,但其铝含量较少,可近似看成是一种二元材料。

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   镍含量升高对材料性质产生了怎样的变化?

(1)镍含量越高,材料比容量越高。NCM811 材料比容量可达 210mAh/g,比 NCMIII 材料增加近 25%。

(2)镍含量越高,材料储存和开发难度越大。高镍三元材料极易吸水变质,降低容量和循环寿命。而且一部分水还会保存在晶体中,使得电池在高温环境中产生气体,造成电池胀气,带来安全隐患。

(3)镍含量越高,三元材料热稳定性越差。如 NCM111 材料在 300C 左右发生分解,而 NCM811 在 220℃左右即分解。

(4)镍含量升高会带来电解液匹配问题。高镍材料表面由于吸水变质产生的 LiOH 等物质会与电解液反应,造成容量衰减和安全问题。因此对高镍材料的改性技术是重要的发展方向。改性技术包括掺杂其他元素、表面包覆等,如用导电高分子或者无机材料在颗粒表面进行纳米包覆,可提高循环使用寿命,提高高温性能和安全性。

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未来路线是 NCM811 还是 NCA?

二者均为高镍三元材料,性能比较接近,但存在以下几点不同:

(1)NCM811 中钴含量为 0.1,NCA 中钴含量为 0.15,这使得受钴高昂价袼的影响,NCA 原料成本稍高;

(2)以铝代替锰,可以增强材料的稳定性,提高材料的循环性能,但是在制作过程中,由于铝为两性金属,不易沉淀,因此 NCA 材料制作工艺上存在比 NCM811 更高的壁垒;

(3)电池制造上,NCA 对湿度等条件要求更加苛刻,电池生产存在技术门槛。在目前看来,两种思路都是可行的,未来哪种材料的技术难关提前被克服而实现大规模量产,哪种材料便能迅速占领市场。

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朱经理

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