眾所周知，以三元材料作為正極材料的動(dòng)力鋰電池近年來(lái)仰仗其容量高、循環(huán)安穩(wěn)性好、本錢(qián)適中等重要長(zhǎng)處，逐步在動(dòng)力電池職業(yè)中占有愈發(fā)重要的方位。

在新能源轎車(chē)中，三元鋰電池的占有率超過(guò)了磷酸鐵鋰電池成為一大亮點(diǎn)，包括吉利、奇瑞、長(zhǎng)安、眾泰、中華等大部分國(guó)內(nèi)干流車(chē)企都紛繁推出選用三元?jiǎng)恿﹄姵?/a>的新能源車(chē)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。那么終究三元材料電池愈發(fā)強(qiáng)勢(shì)的原因是什么呢？

在之前的文章《手把手帶你認(rèn)識(shí)鋰離子電池》一文中有說(shuō)到，鋰離子電池的功能主要取決于其正極材料，而且鋰離子電池也一般以正極材料來(lái)命名。商場(chǎng)上所說(shuō)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)，鎳鈷錳三元正極材猜中鎳鈷錳比例可在必定范圍內(nèi)調(diào)整，而且其功能隨著鎳鈷錳的比例的不同而改變。因而，出于進(jìn)一步下降鈷鎳等高本錢(qián)過(guò)渡金屬的含量，以及進(jìn)一步前進(jìn)正極材料的功能的意圖，世界各國(guó)在鎳鈷錳三元材料的研討和開(kāi)發(fā)方面做了大量的作業(yè)，提出了多個(gè)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。一些體系現(xiàn)已成功地完成了工業(yè)化出產(chǎn)和應(yīng)用。

1、鎳鈷錳三元正極材料結(jié)構(gòu)特征

鎳鈷錳三元材料一般能夠表明為：LiNixCoyMnzO2，其間x+y+z=1。

根據(jù)3種元素的摩爾比（x∶y∶z比值）的不同，別離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(jiǎn)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α-NaFeO2型層狀巖鹽結(jié)構(gòu)，

鎳鈷錳三元材猜中，3種元素的的主要價(jià)態(tài)別離是+2價(jià)、+3價(jià)和+4價(jià)，Ni為主要活性元素。其充電時(shí)的反應(yīng)及電荷轉(zhuǎn)移如下：

正極反應(yīng)：LiMO2—→Li1-xMO2+xLi++xe-

負(fù)極反應(yīng)：nC+xLi++xe-—→LixCn

電池總反應(yīng)：LiMO2+nC—→Li1-xMO2+LixCn

一般來(lái)說(shuō)，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(guò)高時(shí)，會(huì)引起Ni2+占有Li+方位，加劇了陽(yáng)離子混排，然后導(dǎo)致容量下降。Co也是活性金屬，但能起到抑制陽(yáng)離子混排的效果，然后安穩(wěn)材料層狀結(jié)構(gòu)；Mn則不參與電化學(xué)反應(yīng)，可提供安全性和安穩(wěn)性，一同下降本錢(qián)。

2、不同體系鎳鈷錳三元鋰離子電池的特色

當(dāng)前商場(chǎng)上存在許多鎳鈷錳三元體系電池，例如523，111，811體系等等，圖2能幫助我們較直觀的了解各體系的特色及相互之間的差異。

作為車(chē)載動(dòng)力電池，商場(chǎng)對(duì)其能量密度提出了越來(lái)越嚴(yán)苛的要求。但魚(yú)和熊掌不可兼得，由圖2可知，若想取得高能量密度且安全安穩(wěn)的動(dòng)力電池，有必要添加Ni及Co在三元材猜中的比重。隨同而來(lái)的，是由Ni的生動(dòng)特性帶來(lái)的安全隱患及Co資源缺少帶來(lái)的本錢(qián)添加。

針對(duì)各體系的鎳鈷錳三元電池，在這里也做下簡(jiǎn)略的介紹。

2.1LiNi0.5Co0.2Mn0.302

523型三元材料是現(xiàn)在用量最大的三元材料，由于它具有較高的比容量和熱安穩(wěn)性，且工藝的老練性和安穩(wěn)性不斷前進(jìn)，國(guó)內(nèi)商場(chǎng)占有率敏捷擴(kuò)展。523型三元材料追求高體積、高比容量（壓實(shí)密度大），其次是循環(huán)功能、倍率功能、熱安穩(wěn)性和自放電等之間的平衡，作為動(dòng)力電池，能夠極大地前進(jìn)電動(dòng)工具的續(xù)航才干。

2.2LiNi1/3Co1/3Mn1/302

111型三元材料則兼具能量、倍率、循環(huán)性和安全功能優(yōu)勢(shì)，可是，111型材料的初次充放電功率低、鋰層中陽(yáng)離子的混排，影響材料的安穩(wěn)性，且放電電壓平臺(tái)較低。現(xiàn)在，前進(jìn)LiNi1/3Co1/3Mn1/302材料的振實(shí)密度、高低溫文高電壓下的循環(huán)安穩(wěn)性以及倍率功能成為現(xiàn)在該材料研討的熱點(diǎn)。111型三元材料制備的動(dòng)力電池比容量高，循環(huán)性、倍率性、低溫放電、荷電堅(jiān)持才干等以及安全功能方面均能滿足EV及HEV對(duì)動(dòng)力電池的要求。

2.3LiNi0.8Co0.1Mn0.102

811這種材料由于Ni含量高、Co含量低，而具有高容量、低價(jià)格等優(yōu)勢(shì)，但一同也更難做到像111體系相同的安穩(wěn)性。由于Ni含量過(guò)高，其制造本錢(qián)也會(huì)添加，這種Ni系材料對(duì)制造電池的環(huán)境要求也比較高，811制造電池需要高電壓的電解液的合作。因而，811系材料的制造加工工藝是當(dāng)前研討重點(diǎn)。現(xiàn)在，811這種高Ni系材料，日本、韓國(guó)做的較好，如日本的住友等企業(yè)。國(guó)內(nèi)做的廠家不少，如邦普，大華之類，大部分只是在試驗(yàn)階段，量產(chǎn)的規(guī)模沒(méi)有成型。

2.4LiNi0.6Co0.2Mn0.202

Ni含量越高比容量越高，Ni含量到達(dá)60%以上時(shí)，材料的重要性逐步顯現(xiàn)。622型鎳鈷錳三元鋰電池比容量高于523型，克容量能到達(dá)160毫安時(shí)以上，甚至在高電壓的情況下能到達(dá)180毫安時(shí)，且加工功能杰出。622類材料的開(kāi)發(fā)是當(dāng)前工業(yè)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，也非常適用于高能量密度的EV電池上。

3、三元鋰離子的現(xiàn)狀與展開(kāi)

在全球范圍內(nèi)，三元鋰電池現(xiàn)在占全球性鋰離子電池商場(chǎng)的80%以上，在需要較高的輸出與安全性的電動(dòng)轎車(chē)車(chē)用電池商場(chǎng)上，占有率超過(guò)81%。反觀國(guó)內(nèi)商場(chǎng)，2015年國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池出貨量達(dá)15.7Gwh，其間磷酸鐵鋰電池仍占主導(dǎo)，占有商場(chǎng)近69%比例；三元材料電池出貨量占比27%。再細(xì)分而言，在乘用車(chē)領(lǐng)域，電池類型則以三元材料為主，電池出貨量達(dá)1.93Gwh；在客車(chē)領(lǐng)域，主要以搭載磷酸鐵鋰電池為主，占純電動(dòng)客車(chē)電池量的84%[5]。

本年1月24日，工信部對(duì)三元電池的“暫停補(bǔ)助”方針雖是對(duì)三元鋰電池廠商的當(dāng)頭一棒，但一同也對(duì)這個(gè)商場(chǎng)進(jìn)行了必定的捆綁。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池廠的三元電池產(chǎn)品的質(zhì)量確實(shí)參差不齊，三元材料的安穩(wěn)性本身相對(duì)于磷酸鐵鋰便弱勢(shì)一些，特別再加上雜亂的工藝要求。出于安全性考慮，這種“暫緩”方針也從必定角度上標(biāo)準(zhǔn)了職業(yè)和商場(chǎng)，是存在必定的必要性。

可是鋰電池領(lǐng)域中，在能量密度、低溫特性、功率特性以及高溫儲(chǔ)存性等方面都全面優(yōu)于其他材料的三元材料，必定會(huì)成為鋰電池正極材料的一股不可忽視的力量，等待它的厚積薄發(fā)！