LFP、NCM和NCA是目前在世界上大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用中使用的三種類型的動力電池。這三種類型的動力電池基本上占了世界上安裝的新能源汽車的大部分。本文主要比較了lfp與nca與ncm，并對此進行了詳細的分析。

 

LFP與NCA與NCM電池定義差異

 

NCM電池

鎳鈷錳三元電池，簡稱NCM，取自三種主要組成金屬元素的縮寫，并按不同的含量比例。根據(jù)鎳含量的不同，有不同的數(shù)字，最著名的是NCM523和NCM811。雖然它被稱為鋰電池，但主要電解質(zhì)是鋰化合物。但是，與lfp和nmc電池相比，三元電池的充放電強度和能量密度水平取決于其成分中鎳的含量。

與lfp vs nca vs ncm電池相比，三元鋰電池的能量密度相當(dāng)高且出色，充放電效果也不錯。然而，由于鎳含量高，也存在缺點，因為三元鋰電池的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境中容易引發(fā)副反應(yīng)分解，即不耐高溫，熱穩(wěn)定性差。另一方面，對比lfp與nca電池，鈷的稀缺性也是限制三元鋰電池的一個因素。鈷在整個東亞都非常稀缺，只能從南非進口，南非非常昂貴，因此即使鎳含量很高，熱穩(wěn)定性也會降低。

 

 

NCA電池

鎳鈷鋁三元電池，簡稱NCA，也取自其主要元素組成的三個縮寫，其中三種元素的比例為8:1.5:0.5。它的能量密度達到了現(xiàn)行國家標準要求的350Wh/kg的峰值，充放電效果也是一流的，長期續(xù)航能力比NCM811更強。

比較不同鎳含量的三元電池的電容、能量密度和安全性能，鎳含量越高，相對不穩(wěn)定性越高。與lfp vs nca vs ncm電池相比，ncm具有各種類型電池的所有缺點，nca也具有，并且存在嚴重的放氣凸起缺陷。與lfp vs nca電池相比，nca電池中所含的鋁是一種酸堿性兩性金屬，電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境稍不平衡，會導(dǎo)致副反應(yīng)釋放大量氣體。這導(dǎo)致電池膨脹，在熱穩(wěn)定性不足的基礎(chǔ)上增加了更多的危險。

 

LFP電池

磷酸鐵鋰電池，簡稱LFP，將LFP與nca與ncm進行比較，LFP電池的特點是能量密度低，僅為200Wh/kg，不耐寒冷環(huán)境。當(dāng)外部溫度低于-10-20°C時，LFP電池的能量密度將按比例衰減，導(dǎo)致電池壽命縮短。

 

 

此外，相比lfp與nca與ncm，lfp電池具有耐高溫性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電池形狀安全性強等特點。即使當(dāng)它達到峰值耐溫性（零度以上700-800°C）時，它也不會像三元電池一樣爆炸。相反，它開始冒煙，發(fā)生火災(zāi)和爆炸的可能性極低，因為里面沒有產(chǎn)生氣體來增加壓力。

LFP電池的系統(tǒng)能量密度上限為200wh/kg，三元鋰電池（NCM/NCA）的系統(tǒng)能量濃度上限為350wh/kg。與lfp vs nca vs ncm相比，lfp電池的能量密度遠低于三元鋰電池。因此，在過去幾年中，NCM電池和NCA電池繼續(xù)受到市場的追捧。早期，相比lfp和nca，特斯拉使用的nca電池的能量密度是比亞迪lfp電池的兩倍多。

 

NCM和NCA電池的優(yōu)點和缺點

中國最常見的三元鋰電池是NCM電池。與NCA電池相比，NCM電池具有更低的技術(shù)要求和更低的成本。NCA電池，專利技術(shù)基本掌握在日本和韓國手中。高鎳電池的優(yōu)點是顯而易見的，降低了成本（鈷更少），同時提高了電池能量密度（鎳更多）。盡管如此，將lfp與nca與ncm電池進行比較，但缺點也很突出。

鈷較少，鎳較多，導(dǎo)致層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。電解質(zhì)容易分解，電解質(zhì)和材料表面之間發(fā)生副反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)導(dǎo)致界面導(dǎo)電性差。

 

 

高鎳、低鈷和低錳解決方案通過低成本解決方案提高了能量密度（延長了電池壽命），以換取循環(huán)壽命、安全性和降低的熱穩(wěn)定性。在NCA生產(chǎn)過程中，鋁是一種兩性金屬，不易沉淀。相應(yīng)地，生產(chǎn)設(shè)備的密封性要求較高，溫度和濕度要求比NCM電池更嚴格，濕度要求控制在10%以下，這相應(yīng)地增加了技術(shù)要求和生產(chǎn)成本。NCA電池在充放電過程中存在嚴重的副反應(yīng)，會產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致電池膨脹變形，存在安全隱患。NCA電池通常使用耐內(nèi)部壓力的圓柱形電池外殼。

高鎳NCM電池、高鎳NCA電池也存在缺點，即在提高能量密度的同時，NCA電池的熱穩(wěn)定性也會降低。為此，從2021年開始，中國的動力電池生產(chǎn)完全轉(zhuǎn)向了另一個方向。相比lfp與nca與ncm，短壽命磷酸鐵鋰大大超過了長壽命三元鋰電池。

 

LFP與NCA與NCM的比較——哪個更好

從目前中國市場的選擇來看，相比lfp vs nca vs ncm電池，能量密度較弱的磷酸鐵鋰電池已經(jīng)成為中國車企的首選。2022年1-4月，磷酸鐵鋰的負載量遠超三元鋰電池。2022年4月，磷酸鐵鋰電池的裝載量是三元鋰電池的兩倍多。

 

 

與lfp vs nca vs ncm相比，三元電池的熱穩(wěn)定性較差，lfp電池穩(wěn)定性強，循環(huán)壽命長，因此車企使用lfp電池解決方案。lfp的橄欖石結(jié)構(gòu)非常熱穩(wěn)定，P-O鍵牢固且難以分解。即使在高溫或過充電的情況下，該結(jié)構(gòu)也不會像三元鋰電池那樣坍塌。

一般來說，lfp陰極在達到700-800攝氏度以上時會分解，并且會在不釋放大量氧氣的情況下產(chǎn)生分解反應(yīng)，因此即使在超高溫環(huán)境下，lfp電池也不會劇烈燃燒。LFP電池具有較強的熱穩(wěn)定性，對BMS的要求較低。雖然BMS管理相對廣泛，但由于采取了阻燃和減少損耗等被動保護措施，它也可以確保lfp電池在長壽命內(nèi)的安全使用。

相比lfp與nca與ncm，對于nca和ncm，nca電池的性能更好，但由于熱失控溫度較低，因此需要更高的制造工藝。NCM電池具有更高的熱失控溫度，可以降低生產(chǎn)工藝要求，因此成為中國電池公司的主要研發(fā)方向，但在儲能密度方面不如NCA。

特斯拉使用NCA鋰電池，將lfp與NCA電池進行比較，后者技術(shù)相對成熟，功率大，能量密度高。研究報告顯示，特斯拉電池的能量密度大約是比亞迪lfp電池的兩倍。相比lfp和nca電池，nca電池可以說是一種理想的動力電池。

 

 

特斯拉最終選擇了18650NCA電池。一方面，18650電池具有更高的能量密度和更好的穩(wěn)定性和一致性。另一方面，18650可以有效地降低電池系統(tǒng)的成本。此外，盡管每個電池單元的尺寸小，但是每個電池單元能量可以控制在小范圍內(nèi)。即使電池組中的一個電池發(fā)生故障，也可以減少故障的影響。

 

結(jié)論

與lfp與nca與ncm相比，nca是最新、性能最好的三元正極材料。NCM等三元材料作為動力電池正極材料，在性價比、容量、高倍率特性等方面將逐漸成為具有較強市場競爭力的鋰離子電池正極材料的贏家，并將取代目前市場上其他電池的主要正極材料。