今天讲讲AionS的NCM811电池吧图

今天讲讲 Aion S 的 NCM811电池吧 【图】

最近除了降价的特斯拉，还有一辆车也在络上讨论的沸沸扬扬，那就是前两天上市的广汽新能源 Aion S 这辆车最值得讨论的就是：秦Pro EV 电池容量 56 千瓦时，综合工况续航 420 千米，Aion S 58.8 千瓦时的电池容量却能多出 90公里的续航

固然这个问题涉及到很多方面的原因，比如风阻系数、车身重量、电池、电驱系统等，今天我们就单纯的聊聊 Aion S 这个电池——宁德时期 NCM811 电池

■ 什么是“NCM811”

首先要说明的是，NCM811 电池是我们熟悉的三元锂电池的一种，我们知道三元锂电池的正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，所以“811”表示的是镍钴锰的占比，也就是 8 成镍，1 成钴，1 成锰而"NCM”是这三种元素的简称这类材料可以写成化学式?LiNixCoyMnzO2 ，其中 x+y+z=1

而类似的还有 NCM523、NCM622 等电池，而目前很多厂家使用的都是 NCM532 电池

■ 为什么要用 NCM811 电池

这个问题很好解释，以目前的情况来看，如果哪一个新能源相干的东西被大批厂家追捧，那末它肯定具有“便宜”、“能提升续航”这两个优点中的一个，或者是都有NCM811 电池就属于两者都有的典型，镍含量高能提升续航，钴含量低能降低售价

■ 先了解电池充放电的原理吧

本质上 NCM811 是提升了镍的含量并降低了钴的含量，为何这样就能提升续航和降低价格了呢我们要先从锂电池的充放电原理说起

首先三元锂电池的正极材料一般为镍钴锰酸锂，负极材料一般为碳素材料，需要注意的是电池中不含“锂单质”，含的是“锂离子”（有单质锂存在是由于发生析锂现象，会导致电池失控，我们以后再说）

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高同样，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极回正极的锂离子越多，放电容量越高

在这个进程中，镍钴锰 3 种元素的的主要价态分别是 +2 价、+3 价和 +4 价，而镍和钴作为活性物资，在充放电时会产生电荷转移，锰不参与化学反应，能提供安全性和稳定性

具体变化是，充电时镍从 +2价变成 +4价，钴是从 +3价变成 +4价，锰和锂不变化，下面举一个钴的例子，这个电池的正极材料是 LiCoO2

锂离子从 LiCoO2 中脱出并释放一个电子，CO 得到这个电子，从三价被氧化成四价

其实 LiCoO2 一直是锂电池的主导正极材料，但钴毒性大，价格贵，致使人们希望寻觅代替品，于是镍钴锰酸锂就出现了

上面我们知道，镍作为三元锂电池的正极活性物资参与化学反应，也就是可以这么理解，镍的含量越高，电池内就能发生更多的化学反应，使更多的锂离子移动，从而获得更大的电池容量

■ 为何都 9012 年了，才导入 NCM811 电池

是因为这种电池在技术上有几个难点

，我们挑几个重点的讲

第一个是镍占比的增大，会致使电池的热稳定性和容量损失，这个跟 NCM 正极结构有关，可以通过制备方法的改进等方式来解决原理在下面，比较复杂，我用三明治给大家打个比方讲一讲，有兴趣的朋友可以看一看，不想看的请跳到下一个问题的位置

下面这张图表示了不同 NCM 电池的放电容量、热稳定性和容量保持率的关系，可以看出，随着镍的占比增大，放电容量不断提升，但另外两个参数都是下降的主要表现形式就是循环充放电的容量损失和高温环境容量加速衰减

先来讲讲容量保持率，这里涉及到一个概念：阳离子混排，是致使电池容量衰减的重要因素

理解阳离子混排，首先要理解一个“α-NaFeO2 型层状岩盐结构图”的模型，我们上文提到的 LiCoO2、LiNixCoyMnzO2 的空间结构都符合这个模型，这玩意长这样：

长得很难懂……不过你可以简单理解为，这玩意是一个一个三明治拼起来的，第一层面包是个六边形，第二层火腿是个三角形，第三层面包也是三角形，这么三层做成一个三明治

有了这个模型，我们看看比较好理解的 LiCoO2，长这样：其中锂离子、氧和钴是交替充当第一层面包、第二层面包和火腿的

然后我们把钴换成三元材料就行了，就类似于你把上面那个三明治中间夹的火腿换成牛肉西红柿和洋葱，换完了大致这样：

因为 +2 价镍离子（0.069 毫米）与锂离子（0.072 毫米）的半径非常接近，使得镍离子很容易占据锂离子的位置，锂离子也会挤到镍离子，造成阳离子混排，又因为镍离子的半径略小，会致使间晶片厚度变小（理解为三明治的每层厚度减小），并在充电时把 +2 价镍离子氧化为 +3 价或 +4 价，造成局部空间塌陷，增加了锂离子的嵌入难度，自然影响容量

▲?左边表示正常的锂离子、镍离子位置，右边是产生了阳离子混排的情况

而锂离子挤到镍离子的位置，因为锂离子半径大于镍离子，使得嵌入的锂离子更难脱出固然这个问题不是没有解决方案的，使用更高级的正极材料制备技术就能减缓阳离子混排，但技术和工艺的改进绝不是一朝一夕就能完成的

第二个原因是，高镍电池最好搭配硅基负极技术、高压电解液、隔膜、热管理系统等一系列材料或技术，而这些技术的实现也存在很多技术问题，下面以负极硅基材料为例讲一下，看不懂原理的直接看三明治图上面加粗的字就好

镍含量的提升导致电池容量增大，就必须配备更大容量的负极材料接收锂离子，根据学术资料，石墨的理论嵌锂容量为0.372Ah/g，而单质硅能达 4.2Ah/g，直接暴增 13 倍

▲ 硅负极材料

但是硅做负极又有一个大问题，硅材料在充放电进程中体积变化太大，高达 3 倍以上这是由于硅不具有石墨那样的结构，它储存锂离子的方式是“产生化学反应”，而不是像石墨那样嵌入

在首次放电进程中，随着电压的下落，首先形成嵌锂硅与未嵌锂晶态硅两相共存的核壳结构随着嵌锂深度的增加，锂离子与内部晶体硅反应生成硅锂合金，最终以 Li15Si4 的合金形式存在这1进程中相比于原始状态硅体积变大约 3 倍，巨大的体积效应致使硅电极的结构破坏，活性物质与集流体活性物资与活性物质之间失去电接触，锂离子的脱嵌进程不能顺利进行，造成巨大的不可逆容量

行了我知道这段话你们懒得看，就理解成三明治加的肉蛋菜太丰富了把面包撑爆了吧……顺便吐槽下赛百味，每次塞这么多我都没处下口

固然这也是有解决手段的，比如说碳化硅材料之类的，我们在这里提到就是想说明一个问题：与高镍正极搭配的负极技术也需要不断的深入研究

其他的诸如电解液、隔膜、热管理的一系列技术问题，我们就不细讲了

■ 邦点评

既然广汽新能源在这个节点使用 NCM811 电池，想必对以上的技术和安全问题都有了一套成熟的解决方案，并经过严格的测试和认证才把 Aion S 推向市场目前也不是只有宁德时期一家推 NCM811 电池，比亚迪早在 2018 年就放出消息说今年会推 NCM811 电池，相信很多朋友都会以为是比亚迪率先开启高镍的时期呢

邦老师觉得大家也无需纠结或质疑电池的问题，毕竟 NCM811 是未来的趋势喜欢尝鲜的消费者不妨试试，保守的朋友们大可视察一阵子 NCM811 电池的后续表现和技术攻关，另外大家有什么不明白的问题都可以问邦老师哦，也欢迎各位技术大神指教~

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