储能材料

通用LG合作推出的NCMA电池 有“前途”吗?

2020-03-12 08:44:40 高工锂电技术与应用 作者:左伟峰

NCMA四元锂电池,在一定程度上可以实现提升电池能量密度、降低成本、改善充放电性能的多维度平衡。

(来源:微信公众号“高工锂电技术与应用” ID:weixin-gg-lbte 作者:左伟峰)

近日,通用汽车在EV Day宣布与LG化学合作,计划2021年量产NCMA四元锂电池,其成本实现超过30%的降幅,进而引发行业对NCMA的关注。

其实NCMA四元锂电池,国内相关电池或材料企业早就展开了研究,并取得了一定的进展。

NCMA四元锂电池最早概念诞生,是在2016年,由韩国汉阳大学及韩国本土动力电池企业共同提出。

该技术路线是在镍钴锰三元电池的材料中掺入部分铝元素,抑制钴元素的不稳定杂质生成,从而显著提升电池的循环寿命。

和目前的三元材料523、811、NCA相比,NCMA四元材料的镍含量逼近 90%,同时钴含量进一步降低。这种NCMA四元锂电池,在一定程度上可以实现提升电池能量密度、降低成本、改善充放电性能的多维度平衡。

具体实际的改进和提升方面,主要是成本和安全性。

一方面Al的加入进一步降低钴的含量,进而实现成本的优化。另一方面,四元材料的体系稳定性,循环性,安全性也表现出一定的性能优势。

从降低钴含量,提升电池性能的角度看,高镍低钴的NCMA四元锂电池是未来的发展趋势之一。

不过就现在技术进展来看,国内市场应用方面,还是NCM三元锂电池占主流,而且持续时间将比较长。主要原因是锂电池材料体系每多掺入一种元素,控制和生产难度会大幅提升。

高工锂电获悉,在布局NCMA电池材料方面,国内主要有宁德时代、比亚迪、国轩高科、格林美、容百科技等企业。其中格林美的NCMA正在给国内客户进行吨级认证,镍元素含量高达90%,容百科技的NCMA进程也处于批量验证测试。

就在近日,格林美公告称,其NCMA前驱体材料已经获得吨级认证。

格林美内部人士表示,这意味着已经到中试阶段,技术方面已经取得重大进展,NCMA的性能相比NCM811而言,其能量密度、稳定性、循环性、充放电倍率、安全性要好很多。与此对应的成本,要低很多。

如果中试没问题,短期内进行大批量生产供给,满足市场对高能量密度电芯材料体系的需求。

在NCMA四元锂电池量产方面,暂时还没有企业宣布已经实现大规模量产,进入市场应用阶段。

其中,研发起点相对较高的韩国电池企业LG 化学,也只是宣布在镍钴锰电池中掺入氧化铝制备NCMA四元电池,最快也到2021年才配套通用汽车生产。

业内对NCMA的主流观点认为,现阶段镍和钴含量保持甚至优于NCA同等水平的替代方案,主要是采用NCM811高镍电池向NCMA(镍钴锰铝)四元电池进阶,并逐渐实现低钴或无钴电池的目标。

NCMA量产一旦成功,不但会降低电池生产成本,实现综合性能的提升,还会增强电池企业和新能源车企的竞争力,进一步抢占燃油车的市场,获得更多发展机会。

从产业化的角度看,NCMA还主要面临着材料体系、生产工艺、相关配套设施的难题。

材料体系上,跟传统的三元正极523、622、811、NCA相比,NCMA在镍含量很高的情况下,铝元素的掺杂及包覆量很难精准控制,制造难度较大,实验较为复杂。

生产工艺上,由于NCMA的镍含量比NCM811的还要高,钴含量又比较低,因此对批量制造的环境要求较高。再加上高镍材料体系易膨胀,对设备精度和耐腐蚀性,要求较高。

相关配套设施上,由于NCMA的高充电倍率,高能量密度,发生热失控后进行控制的难度大,与此对应的BMS电池管理系统,车载应用模块方面,相关应用还不足够成熟。

总之,NCMA是一种新的四元材料体系,上下游相关企业在性能指标,生产工艺等各方面,肯定还需要一定时间的摸索。


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