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官方商城高鎳電池，顧名思義就是動(dòng)力電池中鎳的占比較高的電池，目前國(guó)內(nèi)主要的型號(hào)有NCM523，而現(xiàn)在各動(dòng)力電池企業(yè)積極布局的是NCM811。這幾個(gè)數(shù)字是什么意思呢？它們分別代表了動(dòng)力電池中鎳、鈷、錳所占的比例，NCM811中鎳的比例高達(dá)8成。高鎳就意味著動(dòng)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(shí)滿足當(dāng)下動(dòng)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(dòng)力電池廠商自然會(huì)積極布局。然而，高鎳電池在其實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)及商業(yè)化的道路上存在著一些不可避免的技術(shù)難題。
三元材料中鎳含量的提高可以帶來(lái)更高的能量密度，但正極材料的穩(wěn)定性也會(huì)隨著鎳的提高而下降，主要表現(xiàn)為循環(huán)充電中的容量損失及高溫環(huán)境下容量加速衰減。造成容量損失主要因素有陽(yáng)離子混排、應(yīng)力誘導(dǎo)微裂紋產(chǎn)生、生產(chǎn)過(guò)程引入雜質(zhì)、導(dǎo)電炭黑重新分布等等。其中對(duì)容量加速衰減影響最為顯著的是陽(yáng)離子混排及應(yīng)力誘導(dǎo)微裂痕產(chǎn)生，電動(dòng)汽車資源網(wǎng)將著重分析這兩個(gè)因素。
陽(yáng)離子混排：指二價(jià)鎳離子因體積與鋰離子相近，在放電過(guò)程中鋰離子大量脫出時(shí)，因外界因素的影響，嵌鋰能力發(fā)生改變。在充放電時(shí)，正極材料表面中的脫嵌鋰壓力最大，速度也最快，所以表面常常因?yàn)殛?yáng)離子混排造成表面晶格的變化，又稱作表面重構(gòu)。
鎳含量越高，發(fā)生陽(yáng)離子混排的幾率就越大，減少陽(yáng)離子混排的情況發(fā)生有以下幾種方法：
1．提升技術(shù)減少二價(jià)鎳離子的形成，能從根本上減少陽(yáng)離子混排發(fā)生的幾率。
2．摻雜鎂離子，鎂離子與二價(jià)鎳離子體積相近，且鎂離子會(huì)比二價(jià)鎳離子更早的搶占Li留下的空位，防止鎳離子進(jìn)入。最重要的是，鎂離子并不會(huì)直接參與充放電過(guò)程，嵌入后能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
3．提升制備技術(shù)，調(diào)整正極材料原料中鎳與鋰的摩爾比，降低原材料對(duì)陽(yáng)離子混排的影響。
微裂紋產(chǎn)生：高鎳正極材料在充放電時(shí)體積會(huì)產(chǎn)生變化，鎳的含量越高體積膨脹的比例就越大。微裂紋的產(chǎn)生還會(huì)受到充放電截止時(shí)電勢(shì)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(guò)4．1V，以此來(lái)防止不可逆相變的發(fā)生，減少內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)晶體上的微裂紋和晶體開(kāi)始分離，高鎳正極材料的晶粒就會(huì)承受更大的體積變量。在體積循環(huán)變動(dòng)的過(guò)程中，晶粒內(nèi)部就很大幾率會(huì)產(chǎn)生微裂紋，且晶粒相互之間的距離也會(huì)漸漸變大，出現(xiàn)晶粒脫離正極獨(dú)立存在的情況。越來(lái)越多的晶面與電解液解除，會(huì)影響鋰離子，增強(qiáng)其在電極上擴(kuò)散的電阻，造成充電循環(huán)時(shí)容量損失。
抑制微裂紋的形成主要通過(guò)減弱單體電壓的相變趨勢(shì)來(lái)解決，目前的主要有以下幾種方法：
1．抑制陽(yáng)離子混排中的鎂離子摻雜，可以起到降低微裂紋產(chǎn)生的作用。
2．優(yōu)化制備技術(shù)，將高鎳正極材料制備成內(nèi)部均勻嵌入Li2MnO3結(jié)構(gòu)單元的兩相復(fù)合材料，可以減少體積變化。
總結(jié)：由于鎳比鈷的價(jià)格低，所以高鎳電池的原料成本相對(duì)較低，但電動(dòng)汽車資源網(wǎng)認(rèn)為，動(dòng)力電池企業(yè)想要將高鎳電池量產(chǎn)及商業(yè)化，還需要跨越上述技術(shù)難題。由于這些難題的存在，導(dǎo)致高鎳正極材料的生產(chǎn)難度上升，原料成本下降，生產(chǎn)成本卻升高了，所以高鎳電池的最終成本并不會(huì)大幅下降。但就動(dòng)力電池行業(yè)的總體趨勢(shì)來(lái)看，發(fā)展高鎳電池已經(jīng)勢(shì)在必行。
