在日韩阴影下的NCA材料

    锂电世界  如果说现在什么材料最火，恐怕就是三元材料了。前一段时间采用三元材料动力电池的电动大巴车被工信部排除在政府补贴的名单之外，在锂离子电池行业引起了轩然大波。为何三元材料如此被看好呢?我们今天就要好好梳理一下三元材料。

    锂离子电池诞生之初，能量密度只有50-70Wh/kg，经过多年在电池结构和电池材料方面的技术发展，如今锂离子电池能量密度已经可以达到200Wh/kg以上。但是传统的正极材料钴酸锂已经难以胜任高比能电池的需求了，因而迫切的需求一种全新的锂离子电池正极材料，其中三元材料(镍钴铝和镍钴锰三元材料)由于其较高的电池容量，材料的电压与传统LiCoO2接近，而备受人们的关注。

    特别是NCA材料，其容量较高，并具有良好的循环稳定性，因而特别适合应用在一些对能量密度要求较高的高端电子产品领域。日韩高端的18650均使用NCA，目前日本量产的18650最高容量可达到3.5Ah。松下NCA18650电芯容量为3.2Ah，相当于每节电池存储的电量为11.47WH(1度电=1000WH)，而国内的18650电芯做到2.8Ah算是极限了。松下在2012年下半年已量产了3.4Ah的18650电芯，据悉，更高容量的4.0Ah电芯也已开始小批量试生产。松下的改良型电芯远远高于国内18650电芯容量所能达到的极限。

    既然NCA材料具有如此优异的性能，小编就带着大家了解一下NCA材料。一般来说，我们所说的NCA材料都是指的高镍NCA三元材料，例如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料。与LiCoO2材料相似，NCA材料也具有层状结构，为?-NaFeO2层状结构，其中Ni,Co,Al的价态均为正三价，其中锂离子占据岩盐结构的3a位，而其他金属离子则占据3b位置，氧离子占据6c位置。

    其中只有Ni和Co具有电化学活性，在充放电的过程中能够贡献容量。而Ni在材料中主要的作用就是提高材料的容量，Ni2+/Ni3+，Ni3+/Ni4+都可以为材料提高容量，但是由于Ni2+离子与锂离子半径接近，因此极容易进入到锂层，从而造成容量的损失。Co可以减少Ni离子进入到锂层，从而达到稳定结构，同时Co3+/Co4+也能够为材料提供容量。而Al的加入主要是为了稳定晶格结构，避免材料在充放电过程中发生结构塌陷。

    虽然NCA材料具有优异的性能，但是目前，NCA三元材料市场被日本化学，户田和住友金属三家垄断，松下、索尼是NCA电池主要供应商，台湾也有少量应用。Tesla效应带动下，国内的电池材料厂商也开始纷纷投资进行NCA三元材料的研发，但是目前产品的技术成熟度相对较差，离真正的市场化应用还有一段距离，国内市场的NCA材料供应还主要依赖于进口。