鉅大LARGE | 點擊量：1814次 | 2018年05月23日
NCA鋰離子電池要實現大規模的工業化應用，還面臨著什么技術挑戰？
與國外同行相比，國內生產企業雖已完成相關技術的初步探索，但受到國內外市場上常規鎳錳鈷多元材料（NMC）價格的持續走低及以市場需求仍以小型消費類電池為主等因素的綜合影響。NCA材料未在國內形成批量生產及銷售，尚有一些技術問題需要解決。可以預見，隨著電動汽車及儲能市場的興起，NCA材料的市場需求會大幅增加。國內企業需要借此機會，加大投入，提前進行NCA材料國產化開發工作。NCA材料的一些性能指標雖然表現優秀，但是其規模化的商業化道路漫長而曲折，NCA鋰離子電池要實現大規模的工業化應用，還面臨諸多的技術挑戰。
01
NCA材料制備技術難度較大
首先NCA前驅體LiNi0.8Co0.15Al0.05(OH)2制備工藝技術難度高。Ni與Co元素沉降pH值差異較大，其溶度積常數氫氧化鎳10-16、氫氧化鈷10-14.9、氫氧化鋁10-33，鋁離子很難與氨水發生絡合反應，因此采用常規的共沉淀法，鋁離子極易形成絮狀產物。且Al(OH)3為兩性氫氧化物，在較高的pH值下又分解為AlO2-1，導致鎳鈷鋁沉淀產物元素分布不均勻，粒度難以長大，松裝密度低，同時出現鈉、硫等雜質較難處理的問題，直至后來采用鋁酸鈉工藝才解決鋁的共沉淀難題。
由于Ni3+的熱力學不穩定性，NCA的燒結溫度不能太低也不能太高，太低Ni2+難以氧化成Ni3+，太高Ni3+又會分解為Ni2+。因此最佳燒結溫度條件一般為750～800℃。
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%
02
生產設備要求特殊
由于NCA需要純氧氣氣氛，對生產設備的密封性要求較高，同時窯爐設備內部元件的抗氧化性要求很高，生產普通多元材料的窯爐未能滿足要求，而國內設備廠商適合高鎳正極材料的專業窯爐的設計和制造經驗不足，品質可靠性不高。
03
材料生產成本高
對于普通三元材料，生產過程中只需要空氣氣氛，而NCA需要純氧氣氣氛，純氧的成本較高，且對制造氧氣生產供應設備要求極高，同時NCA對溫濕度敏感性較強，需要生產環境濕度控制在10%以下，加大了生產和管理的成本。
04
NCA電池設計和制造難度較高
高鎳材料荷電狀態下的熱穩定較低，導致電池的安全性下降，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，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；另一方面，充放電過程中嚴重的產氣，導致電池鼓脹變形，循環及擱置壽命下降，給電池帶來安全隱患，所以通常采用NCA正極材料制作18650型圓柱電池，以緩解電池鼓脹變形問題。TeslaModelS采用與Panasonic共同研發的高容量3.1AhNCA鋰電池組，由7000顆18650圓柱電池組成。
NCA材料的表面堿性較高，電極漿料粘度不穩定，容易出現粘度增加甚至產生果凍現象，導致電池極板制作過程中的涂覆性能較差；NCA材料對濕度敏感，容易吸潮，并且材料中的Li2O持續與CO2反應，導致材料性能劣化甚至失效，因此在電池生產過程中，電極漿料、極板、卷芯等對水分非常敏感，整個生產環境對濕度的要求比較苛刻，導致設備投入和生產成本較高。因此，國內電池生產廠家正在積極開發NCA電池體系，大多處于跟蹤研究和技術探索階段，距離工業化應用的要求還有一定的差距。
