5、镍钴铝酸锂（LiNiCoAlO2或称NCA）

镍钴铝酸锂电池或NCA自1999年以后被应用。它具有较高的比能量，相当好的比功率和长的使用寿命与NMC有相似之处。不太讨人喜欢的是安全性和成本。图11总结了六个关键特征。NCA是锂镍氧化物的进一步发展；加入铝赋予电池更好的化学稳定性。

锂镍钴铝氧化物（NCA）是一组包含的物质的金属氧化物。由于它们在锂离子电池中的应用，其中一些很重要。NCA 用作正极（电池放电时的阴极）上的活性材料。NCA 是包含化学元素锂、镍、钴和铝的阳离子的混合氧化物。最重要的代表有通式 LiNixCoyAlzO2与x+y+z= 1. 如果 NCA 包含目前市场上可用的电池，这些电池也用于电动汽车和电器，x≈ 0.8，并且这些电池的电压在 3.6 V 和 4.0 V 之间，在标称电压为 3.6 V 或 3.7 V。 目前在 2019 年使用的一种氧化物是 LiNi0,84Co0,12Al0,04O2。

NCA 电池：制造商和使用

NCA电池最重要的制造商是松下或松下的合作伙伴特斯拉，因为特斯拉在其车型的牵引电池中使用NCA作为活性材料。在特斯拉模型 3和特斯拉模型 X 中，使用 LiNi0,84Co0,12Al0,04O2。除了少数例外，截至 2019 年，当前的电动汽车使用 NCA 或锂镍锰钴氧化物(NMC)。NCA除了用于电动汽车外，还用于电子设备的电池，主要通过松下、索尼和三星无绳真空吸尘器也配备 NCA 电池。

NCA 制造商

NCA 的主要生产商及其 2015 年的市场份额为住友金属矿业，占 58%，户田工业（巴斯夫）占 16%，日本化学产业占 13%，Ecopro 占 5%。[6]住友向特斯拉和松下供货，2014 年能够每月生产 850 吨 NCA。[8]2016 年，住友将其月产能提高到 2550 吨，2018 年提高到 4550 吨。[8]在中国，在同仁县的青海省，工厂自2019开工建设，初期将每月生产1500吨NCA的。

NCA 的属性

NCA 的可用电荷存储容量约为 180 至 200 mAh/g。[11]这远低于理论值；对于 LiNi0,8Co0,15Al0,05O2 来说，这是 279 mAh/g。[1]然而，NCA的容量明显高于替代材料，如钴酸锂LiCoO2148 mAh/g、磷酸铁锂LiFePO4165 mAh/g和NMC 333 LiNi0,33Mn0， 33Co0,33O2具有 170 mAh/g。[1]像 LiCoO2NMC、NCA属于层状结构的正极材料。由于电压高，NCA 使电池具有高能量密度。NCA的另一个优势是其出色的快速充电能力。缺点是钴和镍的成本高，资源有限。

这两种材料 NCA 和 NMC 具有相关的结构、非常相似的电化学行为并表现出相似的性能，特别是相对较高的能量密度和相对较高的性能。据估计，Model 3 的 NCA 电池含有 4.5 至 9.5 公斤钴和 11.6 公斤锂。

与NCA密切相关的锂镍氧化物LiNiO2，或氧化镍NiO2本身，由于其机械不稳定、容量损失迅速且存在安全问题，尚不能用作电池材料。

富含镍的 NCA：优点和局限性

NCAs LiNixCoyAlzO2x ≥ 0.8 称为富镍；[13]这些化合物是物质类别中最重要的变体。富镍变体的钴含量也很低，因此具有成本优势，因为钴相对昂贵。此外，随着镍含量的增加，电压也会增加，从而可以存储在电池中的能量也会增加。然而，随着镍含量的增加，电池热分解和过早老化的风险也会增加。当典型的 NCA 电池被加热到 180 °C 时，它会发生热失控。[14]如果电池之前被过度充电，即使在 65 °C 下也会发生热失控。[14]NCA 中的铝离子增加了稳定性和安全性，但它们降低了容量，因为它们本身不参与氧化和还原。

材料的改进

为了使 NCA 具有更高的耐受性，特别是对于需要在 50 °C 以上的温度下运行的电池，通常会对 NCA 活性材料进行涂层。研究中证明的涂层可能包含氟化物，例如氟化铝AlF3、结晶氧化物（例如 CoO2、TiO2、NMC）或玻璃状氧化物（二氧化硅SiO2）或磷酸盐（例如FePO4 ）。

图11：NCA电池 高能量和功率密度以及良好的使用寿命使NCA成为EV动力系统的候选者。高成本和边际安全性却有负面的影响。

汇总表

表12：镍钴铝酸锂的特性