NCA材料的一些性能指標(biāo)雖然表現(xiàn)優(yōu)秀，但是其規(guī)?；纳虡I(yè)化道路漫長(zhǎng)而曲折，NCA鋰離子電池要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，還面臨諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)。
1.NCA材料制備技術(shù)難度較大
首先NCA前驅(qū)體Ni0.8Co0.15Al0.05（OH）2制備工藝技術(shù)難度高，由于鎳（Ni）鈷（Co）元素與鋁元素的沉淀pH差異較大，其溶度積常數(shù)（Ksp）：氫氧化鎳Ni（OH）2為10-16、氫氧化鈷Co（OH）210-14.9、氫氧化鋁Al（OH）310-33，同時(shí)Al3+很難與氨水發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，因此采用常規(guī)的共沉淀法，Al3+極易生成絮狀產(chǎn)物，且Al（OH）3為兩性氫氧化物，在較高的pH值下又分解為AlO2-1，導(dǎo)致鎳鈷鋁沉淀產(chǎn)物元素分布不均勻，粒度難以長(zhǎng)大，松裝密度低，同時(shí)出現(xiàn)鈉、硫等雜質(zhì)較難處理的問題，直至后來采用鋁酸鈉工藝才解決鋁的共沉淀難題。
其次NCA火法燒結(jié)制備技術(shù)難度大，主要與Ni的性質(zhì)有關(guān)，材料中Ni為+3價(jià)，合成的前驅(qū)體原料為+2價(jià)，Ni2+很難氧化成Ni3+，需要在純氧條件下才能完全轉(zhuǎn)化。由于Ni3+的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，NCA的燒結(jié)溫度不能太低也不能太高，太低Ni2+難以氧化成Ni3+，太高 Ni3+又會(huì)分解為Ni2+。因此最佳燒結(jié)溫度條件一般為750～800℃。
2.生產(chǎn)設(shè)備要求特殊
由于NCA需要純氧氣氣氛，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的密封性要求較高，同時(shí)窯爐設(shè)備內(nèi)部元件的抗氧化性要求很高，生產(chǎn)普通多元材料的窯爐未能滿足要求，而國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商適合高鎳正極材料的專業(yè)窯爐的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)不足，品質(zhì)可靠性不高。
3.材料生產(chǎn)成本高
對(duì)于普通三元材料，生產(chǎn)過程中只需要空氣氣氛，而NCA需要純氧氣氣氛，純氧的成本較高，且對(duì)制造氧氣生產(chǎn)供應(yīng)設(shè)備要求極高，同時(shí)NCA對(duì)溫濕度敏感性較強(qiáng)，需要生產(chǎn)環(huán)境濕度控制在10%以下，加大了生產(chǎn)和管理的成本。
4.NCA電池設(shè)計(jì)和制造難度較高
高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定較低，導(dǎo)致電池的安全性下降，需要從電芯設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)可靠的安全設(shè)計(jì)，使得電池生產(chǎn)企業(yè)和終端產(chǎn)品用戶對(duì)NCA電池的安全性心存顧慮；另一方面，充放電過程中嚴(yán)重的產(chǎn)氣，導(dǎo)致電池鼓脹變形，循環(huán)及擱置壽命下降，給電池帶來安全隱患，所以通常采用NCA正極材料制作18650型圓柱電池，以緩解電池鼓脹變形問題。Tesla Model S采用與Panasonic共同研發(fā)的高容量3.1AhNCA鋰電池組，由7 000顆18650圓柱電池組成。
1.NCA材料制備技術(shù)難度較大
首先NCA前驅(qū)體Ni0.8Co0.15Al0.05（OH）2制備工藝技術(shù)難度高，由于鎳（Ni）鈷（Co）元素與鋁元素的沉淀pH差異較大，其溶度積常數(shù)（Ksp）：氫氧化鎳Ni（OH）2為10-16、氫氧化鈷Co（OH）210-14.9、氫氧化鋁Al（OH）310-33，同時(shí)Al3+很難與氨水發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，因此采用常規(guī)的共沉淀法，Al3+極易生成絮狀產(chǎn)物，且Al（OH）3為兩性氫氧化物，在較高的pH值下又分解為AlO2-1，導(dǎo)致鎳鈷鋁沉淀產(chǎn)物元素分布不均勻，粒度難以長(zhǎng)大，松裝密度低，同時(shí)出現(xiàn)鈉、硫等雜質(zhì)較難處理的問題，直至后來采用鋁酸鈉工藝才解決鋁的共沉淀難題。
其次NCA火法燒結(jié)制備技術(shù)難度大，主要與Ni的性質(zhì)有關(guān)，材料中Ni為+3價(jià)，合成的前驅(qū)體原料為+2價(jià)，Ni2+很難氧化成Ni3+，需要在純氧條件下才能完全轉(zhuǎn)化。由于Ni3+的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，NCA的燒結(jié)溫度不能太低也不能太高，太低Ni2+難以氧化成Ni3+，太高 Ni3+又會(huì)分解為Ni2+。因此最佳燒結(jié)溫度條件一般為750～800℃。
2.生產(chǎn)設(shè)備要求特殊
由于NCA需要純氧氣氣氛，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的密封性要求較高，同時(shí)窯爐設(shè)備內(nèi)部元件的抗氧化性要求很高，生產(chǎn)普通多元材料的窯爐未能滿足要求，而國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商適合高鎳正極材料的專業(yè)窯爐的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)不足，品質(zhì)可靠性不高。
3.材料生產(chǎn)成本高
對(duì)于普通三元材料，生產(chǎn)過程中只需要空氣氣氛，而NCA需要純氧氣氣氛，純氧的成本較高，且對(duì)制造氧氣生產(chǎn)供應(yīng)設(shè)備要求極高，同時(shí)NCA對(duì)溫濕度敏感性較強(qiáng)，需要生產(chǎn)環(huán)境濕度控制在10%以下，加大了生產(chǎn)和管理的成本。
4.NCA電池設(shè)計(jì)和制造難度較高
高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定較低，導(dǎo)致電池的安全性下降，需要從電芯設(shè)計(jì)、電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電源使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)可靠的安全設(shè)計(jì)，使得電池生產(chǎn)企業(yè)和終端產(chǎn)品用戶對(duì)NCA電池的安全性心存顧慮；另一方面，充放電過程中嚴(yán)重的產(chǎn)氣，導(dǎo)致電池鼓脹變形，循環(huán)及擱置壽命下降，給電池帶來安全隱患，所以通常采用NCA正極材料制作18650型圓柱電池，以緩解電池鼓脹變形問題。Tesla Model S采用與Panasonic共同研發(fā)的高容量3.1AhNCA鋰電池組，由7 000顆18650圓柱電池組成。
NCA材料的表面堿性較高，電極漿料粘度不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)粘度增加甚至產(chǎn)生果凍現(xiàn)象，導(dǎo)致電池極板制作過程中的涂覆性能較差；NCA材料對(duì)濕度敏感，容易吸潮，并且材料中的Li2O持續(xù)與CO2反應(yīng)，導(dǎo)致材料性能劣化甚至失效，因此在電池生產(chǎn)過程中，電極漿料、極板、卷芯等對(duì)水分非常敏感，整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境對(duì)濕度的要求比較苛刻，導(dǎo)致設(shè)備投入和生產(chǎn)成本較高。因此，國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)廠家正在積極開發(fā)NCA電池體系，大多處于跟蹤研究和技術(shù)探索階段，距離工業(yè)化應(yīng)用的要求還有一定的差距。
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