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2.1.3. 高镍NCM和NCA电池大势所趋
Ni的含量越高,对应比容量越高,NCM811和NCA比容量最高。NCM分子中,Mn只起到稳定结构的作用,并不参与电化学反应,主要通过Ni和Co的价态变化来实现锂离子(Li+ )脱嵌过程中的电荷平衡。Ni存在Ni 2+ 到Ni 3+ ,以及Ni 3+ 到Ni 4+ 两个氧化过程,Co只存在Co 3+ 到Co 4+ 的氧化过程。且Ni的氧化还原电压平台较低。所以Ni元素含量的高低是决定多元材料容量的主要因素。NCM811中Ni含量为35.6%,比容量要比NCM111高出29.3%,NCA中Ni含量为47.5%,比容量比NCM111提高30.5%。
正极材料是电池能量的短板,提高正极材料比容量是提高电池能量密度的最佳方式,未来高比容量的NCA和高镍NCM是大势所趋。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g,而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g,所以电池中负极和电解液等一般采用冗余配置,电池的最终能量密度由正极材料决定。采用高容量的正极材料,能够带来负极、隔膜、电解液用量的大幅减少,电池最终能量密度的提升幅度远大于正极材料比容量提高的幅度。所以采用高容量的正极材料对于减轻电池重量,提高电动车的续航性能具有重要意义。
NCA中Ni含量最高,技术壁垒高,产能主要集中在日韩,我国量产较少。2014年全球NCA产量为1.45万吨,占所有正极材料8.9%左右,2015年NCA产量为2.3万吨,占比为10.3%。目前NCA主要供应商有日本化学产业株式会社、户田化学(Toda)和住友金属(Sumitomo),韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售,2015年我国NCA供应量不到2000吨,而同期三元材料为3万吨,NCA产量比例明显低于国际水平。NCA正极材料技术壁垒高,工艺难度大,量产NCA电池难度也非常大,所以目前我国NCA正极材料及电池规模都非常小,目前仅有宁波金和能量产NCA正极材料。
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