三元材料(NCM、NCA)：性能可調(diào)控，道路如何抉擇?

三元材料是與鈷酸鋰結(jié)構(gòu)極為相似的鋰鎳鈷錳氧化物(LiNixCoyMn1-x-y02)的俗稱，這種材料在比能量、循環(huán)性、安全性和成本方面可以進(jìn)行均衡和調(diào)控。鎳鈷錳三種元素的不同配置將為材料帶來(lái)不同的性能：鎳含量增加將增加材料的容量，但會(huì)使循環(huán)性能變差;鈷的存在可使材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但含量過高會(huì)使容量降低;錳的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量過高則會(huì)破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，因此找到三種材料的比例關(guān)系以達(dá)到綜合性能top優(yōu)化，是三元材料研發(fā)的重點(diǎn)。常見配比有 NCM111、523、622、811 等。NCA(LiNio.8C0015Ah0502)則是將其中的錳元素用鋁元素來(lái)替代，一定程度上改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但其鋁含量較少，可近似看成是一種二元材料。

   鎳含量升高對(duì)材料性質(zhì)產(chǎn)生了怎樣的變化?

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

(2)鎳含量越高，材料儲(chǔ)存和開發(fā)難度越大。高鎳三元材料極易吸水變質(zhì)，降低容量和循環(huán)壽命。而且一部分水還會(huì)保存在晶體中，使得電池在高溫環(huán)境中產(chǎn)生氣體，造成電池脹氣，帶來(lái)安全隱患。

(3)鎳含量越高，三元材料熱穩(wěn)定性越差。如 NCM111 材料在 300C 左右發(fā)生分解，而 NCM811 在 220℃左右即分解。

(4)鎳含量升高會(huì)帶來(lái)電解液匹配問題。高鎳材料表面由于吸水變質(zhì)產(chǎn)生的 LiOH 等物質(zhì)會(huì)與電解液反應(yīng)，造成容量衰減和安全問題。因此對(duì)高鎳材料的改性技術(shù)是重要的發(fā)展方向。改性技術(shù)包括摻雜其他元素、表面包覆等，如用導(dǎo)電高分子或者無(wú)機(jī)材料在顆粒表面進(jìn)行納米包覆，可提高循環(huán)使用壽命，提高高溫性能和安全性。

未來(lái)路線是 NCM811 還是 NCA?

二者均為高鎳三元材料，性能比較接近，但存在以下幾點(diǎn)不同：

(1)NCM811 中鈷含量為 0.1，NCA 中鈷含量為 0.15，這使得受鈷高昂價(jià)袼的影響，NCA 原料成本稍高;

(2)以鋁代替錳，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，由于鋁為兩性金屬，不易沉淀，因此 NCA 材料制作工藝上存在比 NCM811 更高的壁壘;

(3)電池制造上，NCA 對(duì)濕度等條件要求更加苛刻，電池生產(chǎn)存在技術(shù)門檻。在目前看來(lái)，兩種思路都是可行的，未來(lái)哪種材料的技術(shù)難關(guān)提前被克服而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，哪種材料便能迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。