三元材料(NCM、NCA)：性能可调控，道路如何抉择?

三元材料是与钴酸锂结构极为相似的锂镍钴锰氧化物(LiNixCoyMn1-x-y02)的俗称，这种材料在比能量、循环性、安全性和成本方面可以进行均衡和调控。镍钴锰三种元素的不同配置将为材料带来不同的性能：镍含量增加将增加材料的容量，但会使循环性能变差;钴的存在可使材料结构更加稳定，但含量过高会使容量降低;锰的存在可以降低成本并改善安全性能，但含量过高则会破坏材料的层状结构，因此找到三种材料的比例关系以达到综合性能top优化，是三元材料研发的重点。常见配比有 NCM111、523、622、811 等。NCA(LiNio.8C0015Ah0502)则是将其中的锰元素用铝元素来替代，一定程度上改善材料的结构稳定性，但其铝含量较少，可近似看成是一种二元材料。

   镍含量升高对材料性质产生了怎样的变化?

(1)镍含量越高，材料比容量越高。NCM811 材料比容量可达 210mAh/g,比 NCMIII 材料增加近 25%。

(2)镍含量越高，材料储存和开发难度越大。高镍三元材料极易吸水变质，降低容量和循环寿命。而且一部分水还会保存在晶体中，使得电池在高温环境中产生气体，造成电池胀气，带来安全隐患。

(3)镍含量越高，三元材料热稳定性越差。如 NCM111 材料在 300C 左右发生分解，而 NCM811 在 220℃左右即分解。

(4)镍含量升高会带来电解液匹配问题。高镍材料表面由于吸水变质产生的 LiOH 等物质会与电解液反应，造成容量衰减和安全问题。因此对高镍材料的改性技术是重要的发展方向。改性技术包括掺杂其他元素、表面包覆等，如用导电高分子或者无机材料在颗粒表面进行纳米包覆，可提高循环使用寿命，提高高温性能和安全性。

未来路线是 NCM811 还是 NCA?

二者均为高镍三元材料，性能比较接近，但存在以下几点不同：

(1)NCM811 中钴含量为 0.1，NCA 中钴含量为 0.15，这使得受钴高昂价袼的影响，NCA 原料成本稍高;

(2)以铝代替锰，可以增强材料的稳定性，提高材料的循环性能，但是在制作过程中，由于铝为两性金属，不易沉淀，因此 NCA 材料制作工艺上存在比 NCM811 更高的壁垒;

(3)电池制造上，NCA 对湿度等条件要求更加苛刻，电池生产存在技术门槛。在目前看来，两种思路都是可行的，未来哪种材料的技术难关提前被克服而实现大规模量产，哪种材料便能迅速占领市场。