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摘要:NCM和NCA是三元鋰電池未來的發展的兩條技術路線,但我國的無論是車企還是電池廠家幾乎都選擇了NCM路線,極少的企業選擇NCA路線,作為動力電池制造的第一大國,為何至今還未規模性的量產NCA電池呢?
長期以來,缺乏高性能正極材料是我國動力電池及新能源汽車產業發展的痛點,無論是國家政策引導還是市場需求驅動,三元電池幾乎占據先天性的優勢,再從各大汽車和電池企業的研發投入來看,三元電池的投入規模也是要遠超其他類型的鋰電池。高鎳三元的優勢明顯,擁有NCM和NCA兩種路線,兩者皆具備高能量密度的特點,有望使新能源汽車續航里程突破300英里。
NCM指的是電池的正極材料又鎳鈷錳按照一定比例組合而成(常見配比為5:3:2,6:2:2和8:1:1),而NCA的正極組成材料是由鎳鈷鋁構成的(通常配比為8:1.5:0.5)。
NCA和NCM難分優劣,NCA在材料和技術制備上較嚴格
目前我國擁有高能量密度的NCM電池的產業化應用,而NCA的應用在日韓較多,我國產量較少,NCA在材料和技術制備上較為嚴格。
從材料生產過程比較,NCA的生產工藝條件要比NCM更苛刻,NCA電池正極材料中鋁的含量較少,通常被稱為二元材料。NCA是以鋁代替錳,實際上是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性,離子的摻雜可以提高材料的穩定性,提高循環性能。鋁為兩性金屬,在制備過程中不易沉淀,因此NCA在材料生產工藝上存在較高的門檻。
在技術制備路線上,NCA的所需的條件和工藝更為苛刻,主要的難點在于NCA高鎳材料的堿性較高,需要在純氧和濕度在10%以下的環境中進行,增加量產難度和成本投入,生產過程中,前驅體的制備和焙燒工藝對設備的要求高于NCM。
就目前研究數據而言,還沒有明確的數據可以詳細比較NCA和NCM的相關性能,難說兩者優劣之分,不過在價格方面NCM811略微便宜些,制備工藝上NCA高于NCM。表1為NCM和NCA電池基本信息對比。
表1 NCM和NCA電池基本信息對比
(資料來源:公開信息整理)
我國NCA電池相對于日韓起步較晚,在生產工藝和設計方面存在差距
目前我國還不具備生產穩定性良好、一致性高的NCA材料,即使使用進口材料,因為工藝技術的缺乏,也無法量產。NCA材料市場主要被住友金屬、日本化學產業株式會社和戶田三家企業壟斷,我國NCA材料、電池制備及其產業化開發較晚,雖多家企業已開始中式和小批量試產,但仍存在材料和技術問題需要解決。
由于高鎳材料在荷電狀態下熱穩定性較差,導致電池安全性無法得到保障,使下游客戶對NCA電池的安全性心存顧慮,為減少這種顧慮,就需要從電芯設計和電源系統設計等環節進行系統可靠的安全設計,目前這些設計相關經驗我國還處于萌芽階段;更讓中國電池廠家頭疼的是,NCA制備環境要求在濕度在10%以下和純氧中進行,其他材料目前只需注液工序對濕度進行嚴格控制,這對國內企業形成了較大的挑戰。
我國容百鋰電、杉杉能源和貝特瑞等企業對外宣稱已具備規模化的生產NCA電池的能力,但多家電池廠家反饋,在國內市場上很難選到成熟的NCA材料供應商,這與國內企業產品的成熟度和技術穩定性相關,其根本原因在于我國再NCA電池領域起步較晚,生產制造能力有待提高。
圖1 我國與日韓國家NCA電池制造的差距
(資料來源:公開信息整理)
國內還未有企業量產NCA電池,日韓已在我國完成NCA生產布局
我國本土三元電池供應體系中,幾乎只有NCM電池的技術路線,無論是比亞迪、寧德時代、天津力神以及國軒高科等電池企業,還是專門做圓柱型電池的鵬輝能源、天鵬能源和沃特瑪等廠家,目前還沒有批量生產NCA電池,但這并不說明國內企業生產不出NCA電池,作為世界第一的動力電池大國,隨著新能源汽車產業規模的增長,未來NCA電池在中國將是一片藍海。
隨著越來越多不同技術背景和不同行業的人進軍新能源汽車領域,主機廠對電池的需求各不相同,且對NCA電池的駕馭能力不同,未來NCA電池將是市場上的新選擇。目前三元動力電池技術路線尚未完全定型,還在不斷的演進當中,我國基于國內市場現狀選擇了NCM技術路線,但這并不意味著NCA技術路線沒有機會,日韓等NCA技術路線成熟的企業已在我國進行布局。詳情請見表2。
表2 日韓企業在我國的NCA市場的布局
(資料來源:公開信息整理)
結語
綜上所述,公開數據并未表明NCA和NCM兩條技術路線熟優熟劣,NCA在材料和技術制備上較嚴格,價格方面NCM811略微便宜些;由于我國NCA電池相對于日韓起步較晚,在生產工藝和設計方面略有差距,目前還沒有較成熟的NCA技術路線,無法進行量產;隨著我國新能源汽車產業規模的增長,日韓等NCA技術較成熟企業在我國的布局,完善我國的NCA的技術路線已是十拿九穩。
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