钜大LARGE | 点击量：8952次 | 2021年04月08日
详解三元锂离子电池的NCM与NCA的路线之争
我们在之前的文章中为大家介绍过三元锂离子电池，并认为它会成为动力锂电池尤其是乘用车领域的重要电池类型，相比与磷酸铁锂离子电池，它拥有更高的比能量和比功率，更符合乘用车的需求。在过去的2017年，我国的三元电池实现装车15GWh，占比44.71%，虽然略低于磷酸铁锂离子电池，但随着乘用车电动汽车的发力，我们可以预期它很快可以成为绝对第一。
不过，值得注意的是，我们国家的三元锂离子电池重要是NCM电池，而并非特斯拉上所使用的NCA三元锂离子电池，那么，这两者之间到底有何不同，未来的发展又将如何，我们一起来简单了解下。
首先，无论NCM还是NCA，都是指电池正极材料，NCM是指正极材料由镍钴锰三种材料由一定比例组合而成，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相同的，都是镍和钴，只有最后一个不同，前者为锰，后者为铝。
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。因此，在NCM电池中，按照三者含量不同，NCM材料可分为NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其中后面的数字代表的就是三者的比例。在对续航里程要求越来越高的需求下，电池的比能量要更高，再加上作为稀有金属的钴价格不断上涨之下，高镍体系的NCM811将成为未来重要的发展方向。
而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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
由于NCA材料的技术壁垒高，目前产量重要集中在日韩，我国量产较少。重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。其中，Toda重要供应日本AESC和韩国LGC，Sumitomo重要供应松下和PEVE，韩国的Ecopro对应客户为SDI。
NCA电池在我国还未能大量生产，重要的难点在于：
一、高镍材料荷电状态下的热稳定性较差，导致电池的安全性下降，使得电池生产公司和终端产品用户对NCA电池的安全性心存顾虑，要从电芯设计、电源系统设计、电源使用等环节进行系统可靠的安全设计。
二、充放电过程存在严重的产气，这会导致电池鼓胀变形，循环及搁置寿命下降，电池存在安全隐患，所以通常采用耐压的圆柱电池壳制作NCA电池，降低了产气量以控制电池鼓胀变形问题。
三、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。这对国内公司形成了很大的挑战。
目前还没有公开的数据，可以详细比较NCA和NCM811的能量密度、安全性以及性价比，很难说孰优孰劣。不过，有专家指出，NCA和NCM811性能上比较接近，但在价格上NCM811略微便宜。而且，NCA体系电池也并非尽善尽美，假如要进一步提升能量密度，要在21700基础上不断地做大体积，而这会对电池安全管理提出更大的挑战。基于这些原因，我国的NCA电池目前的产量比较小，也在情理之中，2017年NCA电池的装车量只有区区286.5MWh。
不过，小电查阅了特斯拉的相关资料发现，松下最近与特斯拉联合推出21700的NCA电池，单体的能量密度接近300Wh/kg左右，比原来18650电池的250Wh/kg提高约10%以上，几乎是世界上能量密度最高的量产锂离子电池了。这个数字，远远高出国内使用率最高的NCM523电池单体200Wh/kg的能量密度水平，也明显高出国内刚刚出现且最为领先的NCM811电池的能量密度水平，即单体最高250Wh/kg、系统最高200Wh/kg的水平。所以说，关于NCA电池，还是有必要研发，好在国内的电池公司大多数在此方面已经有所动作，只是看什么时候能够突破技术壁垒，形成量产量力。
小电评：
NCM与NCA都是高镍的三元锂离子电池，最大的优势就是比能量高，能够为车辆提高更加充足的电量。假如但从能量需求看，NCA电池似乎还是更加有优势，不过综合考虑制造工艺、成本、还有目前的技术条件，我国的电池公司当下重要还是集中在生产NCM。但几乎所有大型的电池公司关于NCA都在积极研发，可以预期，我国未来一定能够突破日韩的技术壁垒，大规模量产NCA电池。而NCM与NCA电池会同时成为三元锂离子电池的重要构架。这几年，新能源电动汽车的出现，可以说是做到了这些，但是这种汽车现在还只是少量，并没有很大量的普及，那电动汽车的电池到底是怎么样分类的？电动汽车的电池一般能用多长时间？电池又该如何保养呢？
蓄电池适用于纯电动汽车，包括铅酸蓄电池、镍基电池、钠硫电池、二次锂离子电池、空气电池。
燃料动力电池专用于燃料动力电池电动汽车，包括碱性燃料动力电池(AFC)、磷酸燃料动力电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料动力电池(MCFC)、固体氧化物燃料动力电池(SOFC)、质子交换膜燃料动力电池(PEMFC)、直接甲醇燃料动力电池(DMFC)。
其中镍氢电池仅丰田的非插电混动车中使用，不适合作为单独的动力源。铅酸电池重要运用在低速电动汽车，也就是俗话说的老年代步车。
根据材料的不同，锂离子电池又分为许多种，技术相对成熟用于市场上的重要是三元锂离子电池和磷酸铁锂离子电池。
