目前提高鋰離子電池能量密度的途徑有以下幾種：

　　

1.減薄殼體
，集流體
，隔膜，增加電極壓實密度
，減少粘結劑和導電劑使用量，提高活性物質在電極中的含量

；

　　

但是相應的會帶來一些風險：薄(bo)的(de)殼(ke)體(ti)會(hui)使(shi)電(dian)池(chi)安(an)全(quan)性(xing)降(jiang)低(di)
，集(ji)流(liu)體(ti)使(shi)電(dian)極(ji)容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)斷(duan)裂(lie)
，薄(bo)的(de)隔(ge)膜(mo)導(dao)致(zhi)的(de)安(an)全(quan)性(xing)的(de)降(jiang)低(di)等(deng)，增(zeng)加(jia)電(dian)極(ji)壓(ya)實(shi)密(mi)度(du)則(ze)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)吸(xi)液(ye)率(lv)降(jiang)低(di)及(ji)極(ji)片(pian)變(bian)脆(cui)等(deng)。

　　

2.將高容量低壓實的材料與高壓實的材料混合形成複合材料體係，提高複合材料體係的壓實密度。

　　

3.選擇具有高比容量的正負極材料或是高電壓平台的正極材料。

 

如用高Ni的NCM或NCA材料取代常規NCM材料

，用LMFP材料代替LFP

 

高比容量正負極材料及高電壓正極材料

　　

4.之前文章提到的高容量的SiC負極(戳此查看)，今天主要聊聊NCA材料

 

 

目前LiNi0.8Co0.15Al0.05O2.已經產業化
，容量為190mAh/g左右，500次循環保持率在90%以上。

　　

　　

a.製備Ni1-xCox(OH)2，表麵包覆Al(OH)3
，最後與Li鹽混合燒結製備NCA；

　　

b.直接采用Ni/Co/Al鹽共沉澱製備Ni1-x-yCoxAly(OH)2，然後與Li鹽混合燒結製備NCA；

　　

c.製備Ni1-xCox(OH)2，然後與Al(OH)3
，Li鹽一起混合燒結製備NCA。

　　

a和c方案Al元素分布不均勻，表層Al含量偏高
，形成惰性層，降低最終產品容量，工藝複雜
，成本高。

　　

b方案Al元素可以均勻分布，產品性能更加優異，流程簡單
、成本低
，但前驅體的製備技術難度更大。

　　

目前Tesla電池的正極材料供應商日本住友已完成了Ni含量在85%～88%的新組分NCA的開發，較常規的Ni含量為80%～85%的NCA材料，其能量密度又提升了5%。

　　

韓國主要采用的是Ni1-xCox(OH)2工藝路線，在火法階段將Al源和鋰源一起混合燒結製備NCA正極材料。

 

　　

1.合成困難

　　

NCA中的Ni為+3價，合成的前軀體原料為+2價，Ni2+氧化成為Ni3+,Ni3+很不穩定，高溫合成升高溫度可以提高Ni2+氧化成為Ni3+的轉化率，但由於Ni3+很不穩定，溫度太高又導致Ni3+的分解。

　　

2.合成成本高

　　

對於普通三元材料，生產過程中隻需要空氣氣氛，而NCA需要純氧氣氣氛，純氧的成本較高，且對製造氧氣生產供應設備要求極高。

　　

3.吸水性強

　　

Ni3+很不穩定，在有H2O存在下，

　　

LiNiCoAlO2+H2O→NiO+LiOH+O2

　

LiOH+CO2→Li2CO3

　　

Li2CO3+HF→LiF+CO2

　　

由於存在以上反應，導致NCA表麵堿性很高
，在配料塗布極易出現果凍狀。

　　

因此產線需要在10%左右濕度下生產和存儲。

　　

4.電池安全性

　　

高Ni體係滿電狀態下的熱穩定性差，導致電池的安全性下降
，需配合電芯體係(如高安全性隔膜
，采用18650等圓柱體係)、BMS等進行配套優化設計。