什么是三元鋰電池？三元材料？也許你以前不懂，但是看完本篇，你就會變成行家

三元材料作為正極材料的動力鋰電池近年來憑借其容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本適中等重要優(yōu)點(diǎn)，逐漸在動力電池行業(yè)中占據(jù)愈發(fā)重要的地位。

在新能源汽車中，三元鋰電池的占有率超過了磷酸鐵鋰電池成為一大亮點(diǎn)，包括吉利、奇瑞、長安、眾泰、中華等大部分國內(nèi)主流車企都紛紛推出采用三元動力電池的新能源車型。例如北汽EV系列、奇瑞eQ、艾瑞澤3EV、江淮iEV4、眾泰云100、包括吉利帝豪EV等。那么究竟三元材料電池愈發(fā)強(qiáng)勢的原因是什么呢？

鋰離子電池的性能主要取決于其正極材料，而且鋰離子電池也通常以正極材料來命名。市場上所說的三元材料電池大多是指以鎳鈷錳為正極材料的鋰離子電池。

人們發(fā)現(xiàn)，鎳鈷錳三元正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，并且其性能隨著鎳鈷錳的比例的不同而變化。因此，出于進(jìn)一步降低鈷鎳等高成本過渡金屬的含量，以及進(jìn)一步提高正極材料的性能的目的，世界各國在鎳鈷錳三元材料的研究和開發(fā)方面做了大量的工作，提出了多個具有不同鎳鈷錳比例組成的三元材料體系，包括333，523，811體系等。一些體系已經(jīng)成功地實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

接下來筆者帶你走進(jìn)三元深處。

一、鎳鈷錳三元正極材料結(jié)構(gòu)特征

鎳鈷錳三元材料通常可以表示為：LiNixCoyMnzO2，其中x+y+z=1。依據(jù)3種元素的摩爾比（x∶y∶z比值）的不同，分別將其稱為不同的體系，如組成中鎳鈷錳摩爾比（x∶y∶z）為1∶1∶1的三元材料，簡稱為333型；摩爾比為5∶2∶3的體系，稱之為523體系等。333型、523型和811型等三元材料均屬于六方晶系的-NaFeO2型層狀巖鹽結(jié)構(gòu)。

鎳鈷錳三元材料中，3種元素的的主要價態(tài)分別是+2價、+3價和+4價，Ni為主要活性元素。一般來說，活性金屬成分含量越高，材料容量就越大，但當(dāng)Ni的含量過高時，會引起Ni2+占據(jù)Li+位置，加劇了陽離子混排，從而導(dǎo)致容量降低。Co也是活性金屬，但能起到抑制陽離子混排的作用，從而穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)；Mn則不參與電化學(xué)反應(yīng)，可提供安全性和穩(wěn)定性，同時降低成本。

二、不同體系鎳鈷錳三元鋰離子電池的特點(diǎn)

當(dāng)前市場上存在許多鎳鈷錳三元體系電池，例如523，111，811體系等等，作為車載動力電池，市場對其能量密度提出了越來越嚴(yán)苛的要求。但魚和熊掌不可兼得，若想獲得高能量密度且安全穩(wěn)定的動力電池，必須增加Ni及Co在三元材料中的比重。伴隨而來的，是由Ni的活潑特性帶來的安全隱患及Co資源缺乏帶來的成本增加。針對各體系的鎳鈷錳三元電池，在這里也做下簡單的介紹。

（1）523型三元材料是目前用量最大的三元材料，因為它具有較高的比容量和熱穩(wěn)定性，且工藝的成熟性和穩(wěn)定性不斷提升，國內(nèi)市場占有率迅速擴(kuò)大。523型三元材料追求高體積、高比容量（壓實密度大），其次是循環(huán)性能、倍率性能、熱穩(wěn)定性和自放電等之間的平衡，作為動力電池，可以極大地提高電動工具的續(xù)航能力。

（2）111型三元材料則兼具能量、倍率、循環(huán)性和安全性能優(yōu)勢，但是，111型材料的首次充放電效率低、鋰層中陽離子的混排，影響材料的穩(wěn)定性，且放電電壓平臺較低。目前，提高LiNi1/3Co1/3Mn1/302材料的振實密度、高低溫和高電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能成為目前該材料研究的熱點(diǎn)。111型三元材料制備的動力電池比容量高，循環(huán)性、倍率性、低溫放電、荷電保持能力等以及安全性能方面均能滿足EV（電動汽車）及HEV（混合動力汽車）對動力電池的要求。

（3）811型這種材料因為Ni含量高、Co含量低，而具備高容量、低價格等優(yōu)勢，但同時也更難做到像111體系一樣的穩(wěn)定性。因為Ni含量過高，其制造成本也會增加，這種Ni系材料對制作電池的環(huán)境要求也比較高，811制作電池需要高電壓的電解液的配合。因此，811系材料的制造加工工藝是當(dāng)前研究重點(diǎn)。目前，811這種高Ni系材料，日本、韓國做的較好，如日本的住友等企業(yè)。國內(nèi)做的廠家不少，如邦普，大華之類，大部分只是在試驗階段，量產(chǎn)的規(guī)模尚未成型。

（4）622型三元材料中Ni含量越高比容量越高，Ni含量達(dá)到60%以上時，材料的重要性逐漸顯現(xiàn)。622型鎳鈷錳三元鋰電池比容量高于523型，克容量能達(dá)到160毫安時以上，甚至在高電壓的情況下能達(dá)到180毫安時，且加工性能良好。622類材料的開發(fā)是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點(diǎn)，也十分適用于高能量密度的EV電池上。

三、三元鋰電池的現(xiàn)狀與發(fā)展

2016年1月24日，工信部對三元電池的“暫停補(bǔ)貼”政策雖是對三元鋰電池廠商的當(dāng)頭一棒，但同時也對這個市場進(jìn)行了一定的約束。

2016年6月開始逐漸解禁回到政策補(bǔ)貼的目錄當(dāng)中，之后隨著又一系列新能源汽車補(bǔ)貼政策的出臺，三元電池也或?qū)㈦S之迎來爆發(fā)性增長。

數(shù)據(jù)顯示，2016年，三元材料產(chǎn)量增長50%左右。研究機(jī)構(gòu)莫尼塔預(yù)期，2017年三元鋰電產(chǎn)量同比增速為110%至120%。

與此形成對比的是，去年四季度以來，投資磷酸鐵鋰動力電池的企業(yè)明顯減少，這使其上游材料碳酸鋰價格上漲困難。自去年4月以來，碳酸鋰跌幅達(dá)到30%。今年1月，一些企業(yè)提高碳酸鋰報價1000至3000元，但市場并沒有成交。

2016年年底出臺的新能源汽車新政明確將補(bǔ)貼額度與電池能量密度掛鉤，能量密度越高補(bǔ)貼越多。而三元電池能量密度潛力更高，尤其是高鎳三元電池，為此，許多企業(yè)改投三元鋰電。

目前，磷酸鐵鋰電池和三元電池市場占有率分別是70%與25%。

“從2016年來看，動力電池產(chǎn)能過剩開始顯現(xiàn)，率先改投三元鋰電的企業(yè)有望受益新一輪的新能源汽車需求放量。”業(yè)內(nèi)專家說。

公開信息顯示，比亞迪、寧德時代、國軒高科、中航鋰電為代表的磷酸鐵鋰“大佬”將擴(kuò)張三元鋰電產(chǎn)能。相關(guān)人士透露，比亞迪2017年將新增三元電池5-6GWh。而未來兩年，寧德時代的磷酸鐵鋰和三元產(chǎn)能占比，將從現(xiàn)在的2：1逐漸趨向1：1。成飛集成下屬中航鋰電（江蘇）有限公司擬建設(shè)年產(chǎn)50億瓦時的三元鋰電池生產(chǎn)線。卓能股份旗下子公司廣西卓能新能源科技有限公司擬在廣西擴(kuò)產(chǎn)50億安時三元動力電池項目。

在鋰電池領(lǐng)域中，在能量密度、低溫特性、功率特性以及高溫儲存性等方面都全面優(yōu)于其他材料的三元材料，一定會成為鋰電池正極材料的一股不可忽視的力量。另外走三元線路，對上游礦業(yè)也是一個利好，尤其是鎳、鈷、錳、鋰礦。