5、鎳鈷鋁酸鋰（LiNiCoAlO2或稱NCA）

鎳鈷鋁酸鋰電池或NCA自1999年以后被應(yīng)用。它具有較高的比能量，相當(dāng)好的比功率和長的使用壽命與NMC有相似之處。不太討人喜歡的是安全性和成本。圖11總結(jié)了六個(gè)關(guān)鍵特征。NCA是鋰鎳氧化物的進(jìn)一步發(fā)展；加入鋁賦予電池更好的化學(xué)穩(wěn)定性。

鋰鎳鈷鋁氧化物（NCA）是一組包含的物質(zhì)的金屬氧化物。由于它們?cè)阡囯x子電池中的應(yīng)用，其中一些很重要。NCA 用作正極（電池放電時(shí)的陰極）上的活性材料。NCA 是包含化學(xué)元素鋰、鎳、鈷和鋁的陽離子的混合氧化物。最重要的代表有通式 LiNixCoyAlzO2與x+y+z= 1. 如果 NCA 包含目前市場(chǎng)上可用的電池，這些電池也用于電動(dòng)汽車和電器，x≈ 0.8，并且這些電池的電壓在 3.6 V 和 4.0 V 之間，在標(biāo)稱電壓為 3.6 V 或 3.7 V。 目前在 2019 年使用的一種氧化物是 LiNi0,84Co0,12Al0,04O2。

NCA 電池：制造商和使用

NCA電池最重要的制造商是松下或松下的合作伙伴特斯拉，因?yàn)樘厮估谄滠囆偷臓恳姵刂惺褂肗CA作為活性材料。在特斯拉模型 3和特斯拉模型 X 中，使用 LiNi0,84Co0,12Al0,04O2。除了少數(shù)例外，截至 2019 年，當(dāng)前的電動(dòng)汽車使用 NCA 或鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)。NCA除了用于電動(dòng)汽車外，還用于電子設(shè)備的電池，主要通過松下、索尼和三星無繩真空吸塵器也配備 NCA 電池。

NCA 制造商

NCA 的主要生產(chǎn)商及其 2015 年的市場(chǎng)份額為住友金屬礦業(yè)，占 58%，戶田工業(yè)（巴斯夫）占 16%，日本化學(xué)產(chǎn)業(yè)占 13%，Ecopro 占 5%。[6]住友向特斯拉和松下供貨，2014 年能夠每月生產(chǎn) 850 噸 NCA。[8]2016 年，住友將其月產(chǎn)能提高到 2550 噸，2018 年提高到 4550 噸。[8]在中國，在同仁縣的青海省，工廠自2019開工建設(shè)，初期將每月生產(chǎn)1500噸NCA的。

NCA 的屬性

NCA 的可用電荷存儲(chǔ)容量約為 180 至 200 mAh/g。[11]這遠(yuǎn)低于理論值；對(duì)于 LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 來說，這是 279 mAh/g。[1]然而，NCA的容量明顯高于替代材料，如鈷酸鋰LiCoO2148 mAh/g、磷酸鐵鋰LiFePO4165 mAh/g和NMC 333 LiNi0,33Mn0， 33Co0,33O2具有 170 mAh/g。[1]像 LiCoO2NMC、NCA屬于層狀結(jié)構(gòu)的正極材料。由于電壓高，NCA 使電池具有高能量密度。NCA的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其出色的快速充電能力。缺點(diǎn)是鈷和鎳的成本高，資源有限。

這兩種材料 NCA 和 NMC 具有相關(guān)的結(jié)構(gòu)、非常相似的電化學(xué)行為并表現(xiàn)出相似的性能，特別是相對(duì)較高的能量密度和相對(duì)較高的性能。據(jù)估計(jì)，Model 3 的 NCA 電池含有 4.5 至 9.5 公斤鈷和 11.6 公斤鋰。

與NCA密切相關(guān)的鋰鎳氧化物L(fēng)iNiO2，或氧化鎳NiO2本身，由于其機(jī)械不穩(wěn)定、容量損失迅速且存在安全問題，尚不能用作電池材料。

富含鎳的 NCA：優(yōu)點(diǎn)和局限性

NCAs LiNixCoyAlzO2x ≥ 0.8 稱為富鎳；[13]這些化合物是物質(zhì)類別中最重要的變體。富鎳變體的鈷含量也很低，因此具有成本優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殁捪鄬?duì)昂貴。此外，隨著鎳含量的增加，電壓也會(huì)增加，從而可以存儲(chǔ)在電池中的能量也會(huì)增加。然而，隨著鎳含量的增加，電池?zé)岱纸夂瓦^早老化的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。當(dāng)?shù)湫偷?NCA 電池被加熱到 180 °C 時(shí)，它會(huì)發(fā)生熱失控。[14]如果電池之前被過度充電，即使在 65 °C 下也會(huì)發(fā)生熱失控。[14]NCA 中的鋁離子增加了穩(wěn)定性和安全性，但它們降低了容量，因?yàn)樗鼈儽旧聿粎⑴c氧化和還原。

材料的改進(jìn)

為了使 NCA 具有更高的耐受性，特別是對(duì)于需要在 50 °C 以上的溫度下運(yùn)行的電池，通常會(huì)對(duì) NCA 活性材料進(jìn)行涂層。研究中證明的涂層可能包含氟化物，例如氟化鋁AlF3、結(jié)晶氧化物（例如 CoO2、TiO2、NMC）或玻璃狀氧化物（二氧化硅SiO2）或磷酸鹽（例如FePO4 ）。

圖11：NCA電池 高能量和功率密度以及良好的使用壽命使NCA成為EV動(dòng)力系統(tǒng)的候選者。高成本和邊際安全性卻有負(fù)面的影響。

匯總表

表12：鎳鈷鋁酸鋰的特性