這是“汽車人參考”第336篇原創內容

“推動智慧電動汽車向前進”

韓國LG去年對外宣佈開發NCMA（鎳鈷錳鋁）四元電池，僅僅不到一年，從今年7月起新電池將會首次搭載在國產特斯拉Model Y上，這裡汽車人參考進行深入的解讀。

取代811的超高鎳體系

LG目前向特斯拉供應的2170圓柱電池，採用的三元811正極材料，即鎳、鈷和錳的含量分別為80%、10%和10%，屬於高鎳體系。

而切換為NCMA四元正極材料後，鎳的含量會提高到89%，鈷含量降低為5%，另外還含有約5%的錳和1%的鋁。

提高鎳的含量能增加電芯的容量，而降低鈷又可以進一步降低電池的成本，811是高鎳三元電池，那麼LG的四元電池可以稱為“超高鎳電池”。

主流的三元體系中，鎳鈷錳三種元素，鎳用於提升容量，鈷用於穩定結構，而錳用於改善材料導電性。

降低鈷含量，從理論上會讓四元電池變得更加不穩定，安全是一大挑戰。

核心技術點：少量摻鋁+混合結構

LG四元電池是如何克服這個挑戰的？這裡參考韓國漢陽大學孫陽國等教授在2019年釋出的論文。

三元電池為滿足高可逆容量的要求，一般都需要提高鎳的含量，目前分化出了NCA和NCM兩個方向，代表是三星的“NCA”電池和SK的“NCM9”電池，它們的正極含鎳量都達到了90%。

但同時，也需要將外來的金屬離子摻雜到正極中，以提高鋰離子嵌入的穩定性。

鋁金屬是目前被用得最多的摻雜劑，鋁可以在電池正極的主體層狀結構中起穩定作用，由於Al-O鍵的強度比Ni（Co， Mn）-O 鍵強，因此摻雜鋁也可以提高電池的熱穩定性。

但是鋁金屬又不能摻得過多，太高的含量會使得鋁又有參與到氧化還原反應的風險，因此，一般鋁的濃度被限制在5mol%。

而LG在正極材料中加入了1%的鋁，組成了鎳含量為89%的四元電池，分子式為Li［Ni0。89Co0。05Mn0。05Al0。01］O2。

為了進一步增強穩定性，LG創新地採用了混合結構，其中Ni92Co4Mn3Al1作為內部結構，而在表面形成Ni84。5Co6。7Mn7。8Al1的緩衝層，這種最佳化的混合結構可以讓顆粒均勻地收縮，抑制鋰離子脫嵌過程中因體積變化產生的微裂紋。

與三星的NCA電池和SK的NCM9相比， NCMA四元電池在容量、內阻、溫度、微裂紋等方面全面勝出。

四元電池首次搭載Model Y

儘管面臨諸多不利因素，但特斯拉依然按計劃在上海工廠增加Model Y的產量，LG的四元電池適時補充，緩解了現階段國內電池產能嚴重不足的問題。

更重要的是，LG的四元電池或許將會成為下半年國產ModelY的一個新賣點。

相比之前811，NCMA電池能量密度再次提升，意味著續航里程的提高，同時減少了鈷的用量，採用鋁元素做摻雜劑，在保證安全性的同時，又降低了電池的成本。

此外，三元電池在低溫下的效能會比磷酸鐵鋰更好（寧德時代版），又解決了冬天掉電快的痛點。

特斯拉收購LG股份，還有LG宣佈生產4680電池，可以看出，LG與特斯拉越來越緊密地走到了一起。

汽車人參考小結

儘管動力電池整體化學體系沒有大的變動，但是在正負極材料方面的微創新，依然存在激烈的競爭。

一方面比亞迪全面“換刀”，完全轉向磷酸鐵鋰電池；另外一方面寧德時代堅持多元化技術路線，高階車型用811高鎳和無鈷，在中端車用鎳55高壓單晶，而在低端車採用磷酸鐵鋰。

而LG的四元電池，整體上是從811逐步過渡到超高鎳，之後有可能也會走向無鈷的路線，再加上越來越多的主機廠自己開發電池，還有蠢蠢欲動的固態體系，動力電池領域會變得更加有趣。

參考文獻：

Quaternary Layered Ni-Rich NCMA Cathode for Lithium-Ion Batteries， Un-Hyuck Kim， Liang-Yin Kuo， Payam Kaghazchi， Chong S。 Yoon， and Yang-Kook Sun。

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