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四元鋰離子電池正極材料NCMA未來應用潛力 [趨勢新知]
種類:其他公告  發布單位:技術處  發布日期:2021-09-15 09:30
作者:陳雨筑/工研院

一、NCMA被視為下一代車用電池正極材料有力選項

在2020年AABC(Advanced Automotive Battery Conference)研討會上,通用汽車(General Motors) 發表了最新的下世代Ultium電池產品。以NCM鋰電池技術為主之通用模式,可提供軟包裝與方形電池兩種形狀,強調減少使用70%的鈷之下增加60%電池容量,並仍可保持電池的穩定性。此一新Ultium電池產品與韓國LG Chem(LG Chem已更名為LG新能源,簡稱LGES)共同開發,在開發前期,以平衡成本和性能目標作為研發重點,包含考量:高能量密度、功率/快充、安全、耐用性與生產率等因素,目前已在韓國梧倉(Ochang, Korea)進行研發量產,預計將使用於通用汽車旗下的Hammer 悍馬電動車架構上。同時也規劃將與LGES共同出資投入在美國俄亥俄州興建30GWh電池生產製造工廠。估計未來通用汽車所推出的全新電動車款都將採用此一新Ultium電池產品所驅動的電動車平台來發展,令人期待。

二、NCMA鋰電池技術的材料與特性

通用汽車與LGES共同研發的Ultium電池產品所使用的NCMA電池材料技術並非橫空出世,其發展源自於為提升三元鋰電池NCA、NCM的電池技術開發,產業界因鈷資源有限,降低了NCM中70%鈷的金屬使用量,並提升90%的鎳含量。同時,在具有90%高鎳的NCM正極材料中加入鋁金屬成份,形成加入鋁之後與鎳的高能量密度作用下,達到有效提高電池續航力與穩定度等之特性。由於此一鋰電池之正極材料採用了四種金屬材料「鎳、鈷、錳、鋁」,故被稱為鎳鈷錳鋁(NCMA)電池。相關電池特性說明如下:

● 正極材料的金屬含量比例:若以LGES研發的鋰電池技術,如NCM811與NCMA兩者所含之金屬材料相比,鈷所占的比例差距較為明顯。
● 能量密度與成本:根據通用汽車資料顯示,LGES所開發的高鎳四元鋰電池(High Ni NCMA),其能量密度達到644 Wh/L,與使用低於70%鎳的NCM鋰電池相比,能量密度有效增加。
● 循環壽命與穩定性:從對NCM、NCA、NCMA等高鎳的核殼結構研究發現,NCMA對比既有的NCM和NCA在正極(Cathode)效能的發揮上,有著漸進式優化的特性。

三、NCMA鋰電池技術的優點與缺點

綜觀上述NCMA鋰電池技術的材料與特性的優勢來看,使用NCMA 鋰電池技術對於整體電動車平台具有優化的效果,不論是在「循環壽命、效能、系統安全、成本、能量密度」上,實現了性能和成本降低的良好平衡,同時有效避免對鈷的依賴,達到低成本的優勢。而電動車一直訴求的循環壽命與安全性,也可藉由NCMA鋰電池技術來完成。深具競爭力的NCMA鋰電池技術,若能量產成功,將提高電動車市場的發展利益。

四、小結:NCMA材料可望作為高鎳低鈷技術選項

有鑑於這一波NCMA鋰離子電池技術的商業化快速發展,除了LGES、通用汽車投入研發,並視其為下一代材料平台之外,在中國大陸方面,亦有格林美完成NCMA四元前驅體商用化開發,另容百科技也已送樣NCMA四元鋰離子正極材料給客户並將完成各項檢測。而寧德時代、比亞迪、TESLA、SKI、三星(Samsumg)和松下(Panasonic)等全球電動車供應鏈相關廠商,在此趨勢推動之下,已相繼投入高鎳低鈷、無鈷的研發與應用,NCMA正極材料勢必在未來需要與其他電池廠所推出的高鎳低鈷新產品在技術上與量產先後上競逐,預估將會有一番新景象。

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更新日期:2020-04-28

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