行业乱谈

锂电池

镍元素含量的升高，三元正极材料的比容量逐渐升高，电芯的能量密度也会随之提高

合成技术仍需改进优化 ，制备工艺难度较大
高温固相烧结法 ，稳定性、安全性能差！储存、加工条件苛刻 。
产品在存储使用过程中容易吸潮成果冻状。高镍材料必须在纯氧气氛中高温合成，窑炉材质必须耐氧气腐蚀；而且必须用氢氧化锂做锂源进行高温合成，氢氧化锂容易挥发且碱性很强，窑炉材质必须耐碱腐蚀；目前高镍三元材料生产主要采用密封辊道窑，国内能生产的企业比较少。

你并不完全了解！高镍三元正极材料(811)和NCA的优劣势分析及发展趋势一览 .在过去的两年时间里，一场围绕着“能量密度与续航里程”的争夺战在中国乃至于全球新能源汽车市场上演。众所周知，正极材料、负极材料、电解液和隔膜是动力电池的四大主要材料，其中正极材料占到总成本的40%，还直接决定着电芯的能量密度。而根据正极材料技术路线，动力电池可主要分为磷酸铁锂、三元锂(NCA/NCM)和锰酸锂电池三类。

根据正极材料的构成，三元锂电池分为NCA和NCM两类。NCM是指正极材料由镍钴锰三种材料按一定比例组合而成，而NCA的正极材料是由镍钴铝构成，每个字母对应的都是相关元素的化学首字母。可以看到，两种三元材料的前两者是一样的，都是镍和钴，只有最后一个不同，前者为锰，后者为铝。那这两者未来的发展趋势又将如何呢？



高镍三元正极材料产业化进程中的难点



一个基础事实是，随着镍元素含量的升高，三元正极材料的比容量逐渐升高，电芯的能量密度也会随之提高。高镍三元正极材料凭借比容量高、成本较低和安全性优良等优势，成为研究的热点，被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料，其中量产型号主要为NCM523和NCM622，NCM811国内有量产还不多。



业内人士指出，高镍三元材料电池的安全性受正极材料制备、制造环境、生产设备、电芯制造工艺等多重因素影响。高镍三元材料产业化进程中遇到很多难点问题 。总结一下，有七大难点：


1. 合成技术仍需改进优化 ，制备工艺难度较大



一方面目前合成高镍三元材料的方法主要是高温固相烧结法 ，稳定性、安全性能差！储存、加工条件苛刻 。另一方面，“高镍三元电池的产业化并不仅仅取决于正极材料的突破，其它材料的合理搭配、电池制造工艺和包覆工艺升级、电池的安全性和一致性问题解决等都有很大的影响。高镍三元材料电池的制备工艺难度较大，这对动力电池企业的技术创新和产线改造提出了很高的要求。



2. 关键装备国产化率低



高镍三元材料在前驱体烧结和材料生产环境方面的要求都较为苛刻，产品在存储使用过程中容易吸潮成果冻状，不易调浆和极片涂布。因此正极材料企业对窑炉设备等生产设备的各项性能要求都比较高，但目前国内的生产设备还无法完全满足高镍三元材料的制备要求。高镍材料必须在纯氧气氛中高温合成，窑炉材质必须耐氧气腐蚀；而且必须用氢氧化锂做锂源进行高温合成，氢氧化锂容易挥发且碱性很强，窑炉材质必须耐碱腐蚀；目前高镍三元材料生产主要采用密封辊道窑，国内能生产的企业比较少。



3. 安全性难点

🍊从原理上分析，高镍三元材料存在的技术问题就是由于Ni3和co3+4与O有能带重叠，所以在高脱锂状态，晶格O会从晶格中脱出，结构被破坏造成循环性能变差，造成安全性的隐患。 高镍三元材料特别是在高温循环和长循环的寿命过程当中，他的颗粒表面会出现一个相转变，从原来的层状结构，到尖晶石结构，再到非活性岩石相，引起容量，循环性能衰减。另外相转变也伴随着材料着材料中释放一定的氧气，这样对安全性也有一的隐患。
高镍材料第二个方面，加入时高镍材料因为他的容量比较高，我们都知道他在一个深度的脱离的时候，其实颗粒收缩体积的变化是比常规的三元要大很多的。假如说高镍三元材料在循环过程当中由于晶体的收缩膨胀会导致出现一些裂纹，这些裂纹一方面会导致电子的短路，另外一方面裂纹的出现，这些新鲜的表面也会跟电解液体产生更多的负反应，影响整个电池的循环性能及安全等问

1. 成本难点
   

   钴受资源限制，成本较高，高镍化降低了钴的使用量，会一定程度上降低成本，但是高镍材料生产环节湿度要求控制苛刻



目前动力电池行业比较火的词汇，不仅仅是“高镍”，还有：“固态电池 ”，“富锂锰基固溶体材料 ”，“锂硫电池”等等，新技术新材料新观念的出现将对高镍三元材料的应用产生一定的冲击。

NCA中镍钴铝常见的配比为8:1.5:0.5，铝的含量非常少，因此可以理解它接近二元材料，以Al（过渡金属）代替锰，是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性，离子掺杂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Al为两性金属，不易沉淀，因此NCA材料制作工艺上存在门槛。据了解，NCA材料对环境湿度的敏感度高于NCM811，因此对电池生产过程的要求更为严格。国内企业的研发和生产能力面临着巨大的考验。

主要供应商有住友金属(Sumitomo)、日本化学产业株式会社和户田化学(Toda)，韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售。

NCA要求在电池生产全过程均要控制湿度在10%以下，而其他材料目前只需注液工序对湿度进行严格控制。这对国内企业形成了很大的挑战

高镍材料荷电状态下的热稳定性较差，

充放电过程存在严重的产气，这会导致电池鼓胀变形