動力電池廠商紛紛著手布局高鎳電池 技術難題依舊存在

2018年6月12日，新能源汽車補貼新政實行，補貼標準對動力電池能量密度要求提升；此外，鈷作為鋰離子電池正極材料所非得的元素，價格不斷上漲。在政策對電池能量密度要求升高及鈷價不斷攀升的雙重壓力下，國內廠商紛紛開始布局高鎳電池。

記者知道到，寧德時代預計明年將推出高鎳三元811電池。除了寧德時代以外，包括比亞迪、比克電池、國軒高科、杉杉能源、寧波金和、天津巴莫、當升科技、廈門鎢業等企業，均在高鎳811電池范疇展開了積極的布局。數據顯示，2018年一季度，國內三元材料產量31670噸，同比增長64．26％。其中，常規NCM型號占比為78％，NCM622型號占比為14％，NCM811占比8％，NCM811產量大幅增長。那么對于高鎳電池，大眾又知道多少呢？

高鎳電池，顧名思義就是動力電池中鎳的占比較高的電池，目前國內主要的型號有NCM523，而今朝各動力電池企業積極布局的是NCM811。這幾個數字有哪些意思呢？它們分別代表了動力電池中鎳、鈷、錳所占的比例，NCM811中鎳的比例高達8成。高鎳就意味著動力電池能擁有更高的能量密度，以及更低的鈷含量。高鎳電池能夠同時滿足當下動力電池的兩大需求，提升能量密度以及降低材料成本，各大動力電池廠商自然會積極布局。然而，高鎳電池在其實現量產及商業化的道路上存在著一些不可避免的技術難題。

三元材料中鎳含量的提高可以帶來更高的能量密度，但正極材料的穩定性也會隨著鎳的提高而下降，主要表現為循環充電中的容量損失及高溫環境下容量加速衰減。造成容量損失主要因素有陽離子混排、應力誘導微裂紋萌生、加工過程引入雜質、導電炭黑重新分布等等。其中對容量加速衰減影響最為顯著的是陽離子混排及應力誘導微裂痕萌生，記者將著重分解這兩個因素。

陽離子混排：指二價鎳離子因體積與鋰離子相似，在放電過程中鋰離子大量脫出時，因外界因素的影響，嵌鋰能力發生改變。在充放電時，正極材料表面中的脫嵌鋰壓力最大，速度也最快，所以表面經常因為陽離子混排造成表面晶格的變化，又稱作表面重構。

鎳含量越高，發生陽離子混排的幾率就越大，減少陽離子混排的情況發生有以下幾種辦法：

1．提升技術減少二價鎳離子的形成，能從根本上減少陽離子混排發生的幾率。

2．摻雜鎂離子，鎂離子與二價鎳離子體積相似，且鎂離子會比二價鎳離子更早的搶占Li留下的空位，戒備鎳離子進入。最緊要的是，鎂離子并不會筆直參與充放電過程，嵌入后能保持結構的穩定。

3．提升制備技術，調整正極材料原料中鎳與鋰的摩爾比，降低原材料對陽離子混排的影響。

微裂紋萌生：高鎳正極材料在充放電時體積會萌生變化，鎳的含量越高體積膨脹的比例就越大。微裂紋的萌生還會受到充放電截止時電勢大小的影響，因此一般鎳系層狀氧化物正極的工作電壓不宜超過4．1V，以此來戒備不可逆相變的發生，減少內應力。當晶體上的微裂紋和晶體開始分離，高鎳正極材料的晶粒就會承受更大的體積變量。在體積循環變動的過程中，晶粒內部就很大幾率會萌生微裂紋，且晶粒相互之間的距離也會漸漸變大，出現晶粒脫離正極獨立存在的情況。越來越多的晶面與電解液解除，會影響鋰離子，加強其在電極上擴散的電阻，造成充電循環時容量損失。

抑制微裂紋的形成主要通過減弱單體電壓的相變趨勢來處理，目前的主要有以下幾種辦法：

1．抑制陽離子混排中的鎂離子摻雜，可以起到降低微裂紋萌生的作用。

2．優化制備技術，將高鎳正極材料制備成內部平均嵌入Li2MnO3結構單元的兩相復合材料，可以減少體積變化。

總結：由于鎳比鈷的價格低，所以高鎳電池的原料成本相對較低，但記者認為，動力電池企業想要將高鎳電池量產及商業化，還需要跨過上述技術難題。由于這些難題的存在，導致高鎳正極材料的加工難度上升，原料成本下降，加工成本卻升高了，所以高鎳電池的最終成本并不會大幅下降。但就動力電池行業的總體趨勢來看，發展高鎳電池已經勢在必行。

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