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(lèi)型的動(dòng)力電池。這三種類(lèi)型的動(dòng)力電池基本上占了世界上安裝的新能源汽車(chē)的大部分。本文主要比較了lfp與nca與ncm，并對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)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(jiǎn)稱(chēng)NCM，取自三種主要組成金屬元素的縮寫(xiě)，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(chēng)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(qiáng)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(cuò)。然而，由于鎳含量高，也存在缺點(diǎn)，因?yàn)槿囯姵氐碾娊赓|(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(duì)比lfp與nca電池，鈷的稀缺性也是限制三元鋰電池的一個(gè)因素。鈷在整個(gè)東亞都非常稀缺，只能從南非進(jìn)口，南非非常昂貴，因此即使鎳含量很高，熱穩(wěn)定性也會(huì)降低。

 

 

NCA電池

鎳鈷鋁三元電池，簡(jiǎn)稱(chēng)NCA，也取自其主要元素組成的三個(gè)縮寫(xiě)，其中三種元素的比例為8:1.5:0.5。它的能量密度達(dá)到了現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的350Wh/kg的峰值，充放電效果也是一流的，長(zhǎng)期續(xù)航能力比NCM811更強(qiáng)。

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(duì)不穩(wěn)定性越高。與lfp vs nca vs ncm電池相比，ncm具有各種類(lèi)型電池的所有缺點(diǎn)，nca也具有，并且存在嚴(yán)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?xún)尚越饘伲娀瘜W(xué)反應(yīng)環(huán)境稍不平衡，會(huì)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(xiǎn)。

 

LFP電池

磷酸鐵鋰電池，簡(jiǎn)稱(chēng)LFP，將LFP與nca與ncm進(jìn)行比較，LFP電池的特點(diǎn)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(shí)，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(qiáng)等特點(diǎn)。即使當(dāng)它達(dá)到峰值耐溫性（零度以上700-800°C）時(shí)，它也不會(huì)像三元電池一樣爆炸。相反，它開(kāi)始冒煙，發(fā)生火災(zāi)和爆炸的可能性極低，因?yàn)槔锩鏇](méi)有產(chǎn)生氣體來(lái)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(yuǎn)低于三元鋰電池。因此，在過(guò)去幾年中，NCM電池和NCA電池繼續(xù)受到市場(chǎng)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(diǎn)和缺點(diǎn)

中國(guó)最常見(jiàn)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(zhuān)利技術(shù)基本掌握在日本和韓國(guó)手中。高鎳電池的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，降低了成本（鈷更少），同時(shí)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(jìn)行比較，但缺點(diǎn)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(guò)低成本解決方案提高了能量密度（延長(zhǎng)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(guò)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(yán)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(guò)程中存在嚴(yán)重的副反應(yīng)，會(huì)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(diǎn)，即在提高能量密度的同時(shí)，NCA電池的熱穩(wěn)定性也會(huì)降低。為此，從2021年開(kāi)始，中國(guó)的動(dòng)力電池生產(chǎn)完全轉(zhuǎn)向了另一個(gè)方向。相比lfp與nca與ncm，短壽命磷酸鐵鋰大大超過(guò)了長(zhǎng)壽命三元鋰電池。

 

LFP與NCA與NCM的比較——哪個(gè)更好

從目前中國(guó)市場(chǎng)的選擇來(lái)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(guó)車(chē)企的首選。2022年1-4月，磷酸鐵鋰的負(fù)載量遠(yuǎn)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(qiáng)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，因此車(chē)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(guò)充電的情況下，該結(jié)構(gòu)也不會(huì)像三元鋰電池那樣坍塌。

一般來(lái)說(shuō)，lfp陰極在達(dá)到700-800攝氏度以上時(shí)會(huì)分解，并且會(huì)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(huì)劇烈燃燒。LFP電池具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，對(duì)BMS的要求較低。雖然BMS管理相對(duì)廣泛，但由于采取了阻燃和減少損耗等被動(dòng)保護(hù)措施，它也可以確保lfp電池在長(zhǎng)壽命內(nèi)的安全使用。

相比lfp與nca與ncm，對(duì)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(guó)電池公司的主要研發(fā)方向，但在儲(chǔ)能密度方面不如NCA。

特斯拉使用NCA鋰電池，將lfp與NCA電池進(jìn)行比較，后者技術(shù)相對(duì)成熟，功率大，能量密度高。研究報(bào)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(shuō)是一種理想的動(dòng)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(gè)電池單元的尺寸小，但是每個(gè)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(gè)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(dòng)力電池正極材料，在性?xún)r(jià)比、容量、高倍率特性等方面將逐漸成為具有較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的鋰離子電池正極材料的贏家，并將取代目前市場(chǎng)上其他電池的主要正極材料。