鉅大LARGE | 點擊量：1818次 | 2018年05月23日
NCA鋰離子電池要實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，還面臨著什么技術(shù)挑戰(zhàn)？
與國外同行相比，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)雖已完成相關(guān)技術(shù)的初步探索，但受到國內(nèi)外市場上常規(guī)鎳錳鈷多元材料（NMC）價格的持續(xù)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(nèi)形成批量生產(chǎn)及銷售，尚有一些技術(shù)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(nèi)企業(yè)需要借此機會，加大投入，提前進行NCA材料國產(chǎn)化開發(fā)工作。NCA材料的一些性能指標雖然表現(xiàn)優(yōu)秀，但是其規(guī)模化的商業(yè)化道路漫長而曲折，NCA鋰離子電池要實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，還面臨諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)。
01
NCA材料制備技術(shù)難度較大
首先NCA前驅(qū)體LiNi0.8Co0.15Al0.05(OH)2制備工藝技術(shù)難度高。Ni與Co元素沉降pH值差異較大，其溶度積常數(shù)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(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，因此采用常規(guī)的共沉淀法，鋁離子極易形成絮狀產(chǎn)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(chǎn)物元素分布不均勻，粒度難以長大，松裝密度低，同時出現(xiàn)鈉、硫等雜質(zhì)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(wěn)定性，NCA的燒結(jié)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(jié)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(chǎn)設(shè)備要求特殊
由于NCA需要純氧氣氣氛，對生產(chǎn)設(shè)備的密封性要求較高，同時窯爐設(shè)備內(nèi)部元件的抗氧化性要求很高，生產(chǎn)普通多元材料的窯爐未能滿足要求，而國內(nèi)設(shè)備廠商適合高鎳正極材料的專業(yè)窯爐的設(shè)計和制造經(jīng)驗不足，品質(zhì)可靠性不高。
03
材料生產(chǎn)成本高
對于普通三元材料，生產(chǎn)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(chǎn)供應(yīng)設(shè)備要求極高，同時NCA對溫濕度敏感性較強，需要生產(chǎn)環(huán)境濕度控制在10%以下，加大了生產(chǎn)和管理的成本。
04
NCA電池設(shè)計和制造難度較高
高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定較低，導致電池的安全性下降，需要從電芯設(shè)計、電源系統(tǒng)設(shè)計、電源使用等環(huán)節(jié)進行系統(tǒng)可靠的安全設(shè)計，使得電池生產(chǎn)企業(yè)和終端產(chǎn)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(chǎn)氣，導致電池鼓脹變形，循環(huán)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(fā)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(wěn)定，容易出現(xiàn)粘度增加甚至產(chǎn)生果凍現(xiàn)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(xù)與CO2反應(yīng)，導致材料性能劣化甚至失效，因此在電池生產(chǎn)過程中，電極漿料、極板、卷芯等對水分非常敏感，整個生產(chǎn)環(huán)境對濕度的要求比較苛刻，導致設(shè)備投入和生產(chǎn)成本較高。因此，國內(nèi)電池生產(chǎn)廠家正在積極開發(fā)NCA電池體系，大多處于跟蹤研究和技術(shù)探索階段，距離工業(yè)化應(yīng)用的要求還有一定的差距。
