磷酸铁锂电池主要应用于电动大巴车上吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-10 10:23
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磷酸铁是否近期将被淘汰？近期新能源汽车安全事故频发，被认为将很快被三元材料取代的磷酸铁锂再次进入人们的视野，人们希望通过对磷酸铁锂进行改性提高其容量。目前已有学者通过在磷酸铁锂中掺入Mn元素使其拥有更高的电压和更高的能量密度，也有相关研究通过复合技术将磷酸铁锂与NCM三元材料进行混合，在保持三元素电池较高能量密度的同时可以有效提升其安全性能。
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最优化，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。
（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率先被克服而实现大规模量产，哪种材料便能率先占领市场。
