钜大LARGE | 点击量：750次 | 2022年08月06日
NCA锂电池要实现大规模的工业化应用，还面对着什么技术挑战？
与国外同行相比，国内生产企业虽已完成相关技术的初步探索，但受到国内外市场上常规镍锰钴多元材料（NMC）价格的持续走低及以市场需求仍以小型消费类电池为主等因素的综合影响。NCA材料未在国内形成批量生产及销售，尚有一些技术问题需要解决。可以预见，随着电动汽车及储能市场的兴起，NCA材料的市场需求会大幅增加。国内企业需要借此机会，加大投入，提前进行NCA材料国产化开发工作。NCA材料的一些性能指标虽然表现优秀，但是其规模化的商业化道路漫长而曲折，NCA锂离子电池要实现大规模的工业化应用，还面临诸多的技术挑战。
NCA材料制备技术难度较大
首先NCA前驱体LiNi0.8Co0.15Al0.05(OH)2制备工艺技术难度高。Ni与Co元素沉降pH值差异较大，其溶度积常数氢氧化镍10-16、氢氧化钴10-14.9、氢氧化铝10-33，铝离子很难与氨水发生络合反应，因此采用常规的共沉淀法，铝离子极易形成絮状产物。且Al(OH)3为两性氢氧化物，在较高的pH值下又分解为AlO2-1，导致镍钴铝沉淀产物元素分布不均匀，粒度难以长大，松装密度低，同时出现钠、硫等杂质较难处理的问题，直至后来采用铝酸钠工艺才解决铝的共沉淀难题。
由于Ni3+的热力学不稳定性，NCA的烧结温度不能太低也不能太高，太低Ni2+难以氧化成Ni3+，太高Ni3+又会分解为Ni2+。因此最佳烧结温度条件一般为750～800℃。
生产设备要求特殊
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需要纯氧气气氛，对生产设备的密封性要求较高，同时窑炉设备内部元件的抗氧化性要求很高，生产普通多元材料的窑炉未能满足要求，而国内设备厂商适合高镍正极材料的专业窑炉的设计和制造经验不足，品质可靠性不高。
材料生产成本高
对于普通三元材料，生产过程中只需要空气气氛，而NCA需要纯氧气气氛，纯氧的成本较高，且对制造氧气生产供应设备要求极高，同时NCA对温湿度敏感性较强，需要生产环境湿度控制在10%以下，加大了生产和管理的成本。
NCA电池设计和制造难度较高
高镍材料荷电状态下的热稳定较低，导致电池的安全性下降，需要从电芯设计、电源系统设计、电源使用等环节进行系统可靠的安全设计，使得电池生产企业和终端产品用户对NCA电池的安全性心存顾虑；另一方面，充放电过程中严重的产气，导致电池鼓胀变形，循环及搁置寿命下降，给电池带来安全隐患，所以通常采用NCA正极材料制作18650型圆柱电池，以缓解电池鼓胀变形问题。TeslaModelS采用与Panasonic共同研发的高容量3.1AhNCA锂电池组，由7000颗18650圆柱电池组成。
NCA材料的表面碱性较高，电极浆料粘度不稳定，容易出现粘度增加甚至产生果冻现象，导致电池极板制作过程中的涂覆性能较差；NCA材料对湿度敏感，容易吸潮，并且材料中的Li2O持续与CO2反应，导致材料性能劣化甚至失效，因此在电池生产过程中，电极浆料、极板、卷芯等对水分非常敏感，整个生产环境对湿度的要求比较苛刻，导致设备投入和生产成本较高。因此，国内电池生产厂家正在积极开发NCA电池体系，大多处于跟踪研究和技术探索阶段，距离工业化应用的要求还有一定的差距。
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