如何提高电池能量密度？且看NCA正极材料

　　随着松下采用新型正负极材料，18650型电池的容量先后增加到了3.4Ah和4.0Ah，体积能量密度则分别提高到了730和800Wh/L。

　　因此率先进行产品性能提升和下一代产品技术积累的公司，将有望在未来市场竞争中取得技术优势。

　　如何提高提高能量密度

　　目前提高锂离子电池能量密度的途径有以下几种：

　　1.减薄壳体，集流体，隔膜，增加电极压实密度，减少粘结剂和导电剂使用量，提高活性物质在电极中的含量；

　　但是相应的会带来一些风险：薄的壳体会使电池安全性降低，集流体使电极容易发生断裂，薄的隔膜导致的安全性的降低等，增加电极压实密度则可能导致吸液率降低及极片变脆等。

　　2.将高容量低压实的材料与高压实的材料混合形成复合材料体系，提高复合材料体系的压实密度。

　　3.选择具有高比容量的正负极材料或是高电压平台的正极材料。

　　如用高Ni的NCM或NCA材料取代常规NCM材料，用LMFP材料代替LFP

高比容量正负极材料及高电压正极材料

　　4.之前文章提到的高容量的SiC负极(戳此查看)，今天主要聊聊NCA材料

　　目前LiNi0.8Co0.15Al0.05O2.已经产业化，容量为190mAh/g左右，500次循环保持率在90%以上。

　　NCA生产合成工艺

　　a.制备Ni1-xCox(OH)2，表面包覆Al(OH)3，最后与Li盐混合烧结制备NCA；

　　b.直接采用Ni/Co/Al盐共沉淀制备Ni1-x-yCoxAly(OH)2，然后与Li盐混合烧结制备NCA；

　　c.制备Ni1-xCox(OH)2，然后与Al(OH)3，Li盐一起混合烧结制备NCA。

　　a和c方案Al元素分布不均匀，表层Al含量偏高，形成惰性层，降低最终产品容量，工艺复杂，成本高。

　　b方案Al元素可以均匀分布，产品性能更加优异，流程简单、成本低，但前驱体的制备技术难度更大。

　　目前Tesla电池的正极材料供应商日本住友已完成了Ni含量在85%～88%的新组分NCA的开发，较常规的Ni含量为80%～85%的NCA材料，其能量密度又提升了5%。

　　韩国主要采用的是Ni1-xCox(OH)2工艺路线，在火法阶段将Al源和锂源一起混合烧结制备NCA正极材料。

　　NCA存在的问题

　　1.合成困难

　　NCA中的Ni为+3价，合成的前躯体原料为+2价，Ni2+氧化成为Ni3+,Ni3+很不稳定，高温合成升高温度可以提高Ni2+氧化成为Ni3+的转化率，但由于Ni3+很不稳定，温度太高又导致Ni3+的分解。

　　2.合成成本高

　　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。

　　3.吸水性强

　　Ni3+很不稳定，在有H2O存在下，

　　LiNiCoAlO2+H2O→NiO+LiOH+O2

　　LiOH+CO2→Li2CO3

　　Li2CO3+HF→LiF+CO2

　　由于存在以上反应，导致NCA表面碱性很高，在配料涂布极易出现果冻状。

　　因此产线需要在10%左右湿度下生产和存储。

　　4.电池安全性

　　高Ni体系满电状态下的热稳定性差，导致电池的安全性下降，需配合电芯体系(如高安全性隔膜，采用18650等圆柱体系)、BMS等进行配套优化设计

　　NCA主要供应商

　　1.进口的有日本化学，户田和住友金属，JFE，ECOPRO和GS等企业生产；

　　2.国内的有当升，格林美，宁波金和，天骄，科隆，贝特瑞等小批量生产；

　　3.前驱体供应商：国内主要有：金瑞，邦普，华友，天骄等。