如果说现在什么材料最火，恐怕就是三元材料了。前一段时间采用三元材料动力电池的电动大巴车被工信部排除在政府补贴的名单之外，在锂离子电池行业引起了轩然大波。为何三元材料如此被看好呢?我们今天就要好好梳理一下三元材料。
锂离子电池诞生之初，能量密度只有50-70Wh/kg，经过多年在电池结构和电池材料方面的技术发展，如今锂离子电池能量密度已经可以达到200Wh/kg以上。但是传统的正极材料钴酸锂已经难以胜任高比能电池的需求了，因而迫切的需求一种全新的锂离子电池正极材料，其中三元材料(镍钴铝和镍钴锰三元材料)由于其较高的电池容量，材料的电压与传统LiCoO2接近，而备受人们的关注。
特别是NCA材料，其容量较高，并具有良好的循环稳定性，因而特别适合应用在一些对能量密度要求较高的高端电子产品领域。日韩高端的18650均使用NCA，目前日本量产的18650 最高容量可达到3.5Ah。松下NCA 18650电芯容量为3.2Ah，相当于每节电池存储的电量为11.47WH(1度电=1000WH) ，而国内的18650电芯做到2.8Ah算是极限了。松下在2012年下半年已量产了3.4Ah的18650电芯，据悉，更高容量的4.0Ah电芯也已开始小批量试生产。松下的改良型电芯远远高于国内18650电芯容量所能达到的极限。
既然NCA材料具有如此优异的性能，小编就带着大家了解一下NCA材料。一般来说，我们所说的NCA材料都是指的高镍NCA三元材料，例如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料。与LiCoO2材料相似，NCA材料也具有层状结构，为?-NaFeO2层状结构，其中Ni,Co,Al的价态均为正三价，其中锂离子占据岩盐结构的3a位，而其他金属离子则占据3b位置，氧离子占据6c位置。
其中只有Ni和Co具有电化学活性，在充放电的过程中能够贡献容量。而Ni在材料中主要的作用就是提高材料的容量，Ni2+/Ni3+，Ni3+/Ni4+都可以为材料提高容量，但是由于Ni2+离子与锂离子半径接近，因此极容易进入到锂层，从而造成容量的损失。Co可以减少Ni离子进入到锂层，从而达到稳定结构，同时Co3+/Co4+也能够为材料提供容量。而Al的加入主要是为了稳定晶格结构，避免材料在充放电过程中发生结构塌陷。
虽然NCA材料具有优异的性能，但是目前，NCA三元材料市场被日本化学，户田和住友金属三家垄断，松下、索尼是NCA电池主要供应商，台湾也有少量应用。Tesla效应带动下，国内的电池材料厂商也开始纷纷投资进行NCA三元材料的研发，但是目前产品的技术成熟度相对较差，离真正的市场化应用还有一段距离，国内市场的NCA材料供应还主要依赖于进口。
相比于LiCoO2材料，NCA材料的生产难点在于前躯体制备和焙烧合成过程，三元材料需要将三种金属元素和锂均匀混合，特别是Al的添加量相对较少，难以分散均匀，因此一般采用的共沉淀办法，通过一定的工艺手段，使得所有元素同时沉淀，成为前躯体。焙烧也是一大难点，Ni元素的稳定价态为正二价，因此为了将其氧化为正三价，就需要在NCA材料的合成过程中采用富氧环境，这对焙烧设备的提出了很高的要求。
此外NCA材料在实际应用中也存在着一定的问题，由于其较高的镍含量，使得其碱度较高，因此容易造成在匀浆和涂布的中，浆料粘度异常上升，使得生产过程无法进行。日韩电池生产商一般采取车间改造的方法，降低涂布间的环境湿度，但是这需要进行较大的资金投入。此外，NCA材料的压实密度也较低，因此也限制了电池能量密度的进一步提升。
虽然NCA材料目前在应用中还存在着很多问题，但是随着技术进步，这些问题都会被逐步克服，也希望国内长生能够在NCA材料的生产技术方面取得突破，早日打破国外材料厂商的技术垄断。
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