Características y comparación de las baterías NCA - NCA vs NCM
NCM se refiere a la combinación de tres materiales de níquel, cobalto y manganeso en una determinada proporción. La densidad energética de la batería también se ha mejorado en consecuencia. El material del cátodo de la NCA se compone de níquel-cobalto-aluminio, y la proporción habitual de los tres materiales es 8:1,5:0,5. Japón y Corea del Sur dominan la aplicación a gran escala de NCA con una densidad energética relativamente alta.
Debido a la excelente capacidad de la batería NCM para satisfacer las necesidades de los consumidores, muchos fabricantes de automóviles utilizan actualmente baterías NCM, pero su vida útil no es tan buena como la de las baterías NCM. Batería NCA sistemas. Este artículo presenta las características de la batería NCA y compara las diferencias entre la batería NCM y la batería NCA.
¿Qué es una batería NCA?
El níquel cobalto aluminato de litio o NCA se utiliza desde 1999. Tiene una energía específica elevada, una potencia específica bastante buena y una larga vida útil, que son similares al NMC. Menos halagüeñas son la seguridad y el coste. A continuación se resumen las seis características clave, junto con los principales parámetros de las pilas de NCA.
Características del litio-níquel-cobalto-aluminato
Características de la batería de níquel-cobalto aluminato de litio (NCA) | |
| Tensión | El valor nominal es de 3,60 V; el intervalo de funcionamiento típico es de 3,0-4,2 V. |
| Energía específica | 200-260 Wh/kg; se prevé que alcance los 300 Wh/kg |
| Carga | 0,7C, carga a 4,20V (la mayoría de las baterías), carga típica de 3 horas, algunas fugas pueden cargar rápidamente |
| Descarga | 1C típico; corte a 3,00V; una alta tasa de descarga acortará la vida de la batería |
| Ciclo de vida | Más de 1.000 veces (en función de la profundidad de descarga y la temperatura) |
| Fuga térmica | El valor típico es de 150°C (302°F), una carga elevada puede provocar un desbocamiento térmico. |
| Aplicación | Dispositivos médicos portátiles, Industria, Transmisión eléctrica (Tesla) |
La NCA es una evolución del óxido de litio y níquel; la adición de aluminio confiere a la batería una mayor estabilidad química. Su alta densidad energética y de potencia y su buena vida útil hacen del NCA un candidato para la cadena cinemática de los vehículos eléctricos. Su elevado coste y seguridad marginal tienen efectos negativos.
La batería NCA también es una batería de iones de litio, en comparación con la NCM, su composición química se cambia de manganeso a aluminio, que se caracteriza por una vida útil más larga. La batería NCA fue desarrollada por Tesla y Panasonic en 2019. Sin embargo, debido a las altas barreras técnicas, la mayoría de los fabricantes de automóviles no la han puesto en uso. Las baterías NCA se instalan actualmente en los vehículos eléctricos Tesla.
En septiembre de 2020, Tesla presentó su nueva batería cilíndrica grande 4680 en el evento Battery Day. La 4680 batería adopta cátodo NCM, tecnología sin lengüeta (full-tab) y tecnología de electrodo seco, lo que reduce enormemente el coste de fabricación. Sólo se tarda 15 minutos en cargar de 10% a 80%.
¿Cuál es la diferencia entre NCM y NCA?
NCM es la abreviatura inglesa de níquel (NI), cobalto (CO) y manganeso (Mn) en el material ternario del cátodo de litio. NCA es la abreviatura inglesa de níquel (NI), cobalto (CO) y aluminio (Al) en el material ternario del cátodo de litio.
● NI--Incrementar y aumentar la densidad de energía volumétrica del material.
● El CO estabiliza la estructura en capas del material a la vez que mejora el rendimiento del ciclo y la velocidad del material.
● Mn--Reducir el coste del material, mejorar la seguridad del material y la estabilidad estructural.
● AI--Puede suprimir el colapso estructural del material en el estado de alta delitiación.
Comparación de la batería NCM frente a la NCA
| Batería NCM | Batería NCA | |
| Representa el tipo de batería | Los principales tipos actuales son NCM523 y NCM622, NCM811. | Panasonic, LG, Samsung, Jiangsu Tianpeng's 18650, 21700 series. |
| Principales fabricantes | CATL, LG, SK, Samsung SDI, BYD, etc. | Panasonic, LG, Samsung SDI, Jiangsu Tianpeng, Lishen, Delangeng, etc. |
| Densidad energética | El límite superior de la densidad energética teórica de la batería NCM811 es de 300wh/kg. | El límite superior de la densidad energética teórica de la batería NCA es de 350wh/kg |
| coste | Con la continua reducción del contenido de níquel, el coste actual es inferior al de la batería NCA | Los requisitos del proceso de producción de la batería NCA son mayores, y el coste es ligeramente superior al de la NCM cuando la cantidad de cobalto utilizada es similar. |
| Producción proceso | El proceso de producción de NCM811 es más sencillo que el de NCA, pero más difícil que el de NCM523 y 622. | Los requisitos de estanqueidad de los equipos de producción son elevados, y el NCA es muy sensible a la temperatura. La temperatura y la humedad del entorno de producción deben controlarse por debajo de 10%, lo que aumenta el coste de producción y gestión. |
| Descripción del ciclo de vida | 1000-2000 veces, debe ser utilizado con frecuencia para asegurar su vida útil, una vez que no se utiliza, se descomponen rápidamente si se juega durante mucho tiempo. | 1000-2000 veces, la batería NCA no tendrá el problema de que la NCM necesita usarse con frecuencia para garantizar su vida útil. |
| Srendimiento de seguridad | Cuanto mayor sea el contenido de níquel, menor será el rendimiento de seguridad, lo que requiere un buen sistema de gestión BMS y un buen diseño de la batería. | Se requiere una buena gestión del EMS y un buen diseño del pack de baterías, pero hay ventajas obvias en la seguridad bajo algunas condiciones extremas de abuso. |
| Aplicaciones posteriores | Vehículos eléctricos, productos de consumo, almacenamiento de energía, etc. | Vehículos eléctricos, herramientas eléctricas, herramientas de jardín, etc. |
Estado de desarrollo de la batería NCA
En la actualidad, las principales razones por las que China no ha producido baterías NCA a gran escala son las siguientes:
1. La investigación y el desarrollo de NCA por parte de las empresas chinas de baterías empezaron más tarde que las de Japón y Corea del Sur, y todavía existe cierta distancia con las empresas japonesas y coreanas en cuanto a proceso de fabricación, patentes y uso de materiales.
2. El proceso de producción de la batería NCA es más estricto que el de la NCM811. Por ejemplo, la NCA requiere que la humedad se controle por debajo de 10% durante el proceso de fabricación, mientras que la NCM y otros tipos de baterías actualmente sólo necesitan controlar estrictamente la humedad durante el proceso de inyección de líquido. Este entorno de producción tan exigente supone un gran reto para las empresas nacionales.
3. Existe una importante producción de gas durante el proceso de carga y descarga, lo que provocará que la batería se abombe y deforme, y se reducirá el ciclo y la vida útil. 4. La batería presenta riesgos potenciales para la seguridad. Por lo tanto, la batería NCA suele estar fabricada con carcasas cilíndricas resistentes a la presión, que reducen la producción de gas para controlar el problema del hinchamiento y la deformación de la batería.
4. La estabilidad térmica de los materiales con alto contenido en níquel en estado de carga es deficiente, lo que provoca una disminución de la seguridad de la batería, haciendo que los fabricantes de baterías y los usuarios finales del producto tengan dudas sobre la seguridad de la batería NCA. Es necesario llevar a cabo un diseño fiable de la seguridad del sistema desde los aspectos del diseño de las celdas de la batería, el diseño del sistema de alimentación y el uso de la energía.
Dirección de desarrollo de NCM y NCA
● China está dominada por la ruta NCM.
● Japón se basa principalmente en la ruta NCA.
● Corea del Sur es el desarrollo conjunto de NCM y NCA
Batería NCM frente a NCA: ¿cuál es mejor?
En la batería NCM, según el contenido de los tres, los materiales NCM pueden dividirse en NCM111, NCM523, NCM622, NCM811, etc., y los números que aparecen detrás representan la proporción de los tres. Con la creciente demanda de autonomía de crucero, la energía específica de la batería tiene que ser mayor, y el precio del cobalto como metal raro sigue subiendo, el sistema de alto contenido en níquel NCM811 se convertirá en una importante tendencia de desarrollo en el futuro. La información de las empresas relacionadas con NCM811 es top 5 NCM811 empresas de material catódico ternario con alto contenido en níquel.
La proporción común de níquel-cobalto-aluminio en el NCA es de 8:1,5:0,5, y el contenido de aluminio es relativamente pequeño, por lo que puede entenderse que se trata de un material cercano al binario, y se utiliza Al (metal de transición) en lugar de manganeso. Se trata de modificar el óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso mediante el dopaje iónico y el recubrimiento superficial. El dopaje iónico puede aumentar la estabilidad del material y mejorar su rendimiento cíclico. Sin embargo, en el proceso de producción, como el Al es un metal anfótero, no es fácil que precipite, por lo que existe un umbral en el proceso de producción de los materiales NCA.
Conclusión
Tanto la NCM como la NCA son baterías ternarias de litio con alto contenido en níquel. La mayor ventaja es su alta energía específica, que puede proporcionar más potencia suficiente para los vehículos. Si no fuera desde la perspectiva de la demanda de energía, la batería NCA aún parece tener más ventajas. Sin embargo, teniendo en cuenta el proceso de fabricación, el coste y las condiciones técnicas actuales, las empresas chinas de baterías se centran actualmente sobre todo en la producción de NCM.
Sin embargo, casi todas las grandes empresas de baterías están investigando y desarrollando activamente las NCA. Cabe esperar que China sea capaz de superar las barreras técnicas y producir en masa baterías NCA en el futuro. Las baterías NCM y NCA se convertirán simultáneamente en la estructura principal de batería ternaria de litio.
