三元鋰離子電池的材料

三元鋰離子電池之所以被成為三元鋰離子電池，就是因?yàn)槠湔龢O材料采用了包含鎳、鈷、錳（或鋁）三種金屬元素的三元聚合物。

三元鋰離子電池的三元指的是鎳（Ni）鈷（Co）錳（Mn）三種元素。這三種元素中鎳和鈷是活性金屬，錳不參與電化學(xué)反應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，活性金屬成分含量越高，電池容量就越大，但當(dāng)Ni的含量過(guò)高時(shí)，會(huì)引起Ni2+占據(jù)Li+的位置，加劇了陽(yáng)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(yáng)離子混排的用途，從而穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)。Mn作為非活性金屬重要起到穩(wěn)定反應(yīng)提高安全性的用途。鎳鈷錳三元材料通常可以表示為：LiNixCoyMnzO2，其中x+y+z=1。

人們發(fā)現(xiàn)三元鋰離子電池正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍調(diào)整，并且其性能隨著鎳鈷錳的比例的不同而變化。

三元鋰離子電池材料由于其高能量密度可以更好地實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程，在新能源汽車上得到很好應(yīng)用，如美國(guó)特斯拉純電動(dòng)汽車成功使用日本松下制造的鎳鈷鋁酸鋰離子電池體系。近年來(lái)隨著全球新能源汽車的迅猛發(fā)展，三元鋰離子電池材料的市場(chǎng)份額將逐漸新增。

三元鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)

三元鋰離子電池在容量與安全性方面比較均衡，是一款綜合性能優(yōu)異的電池。三種金屬元素的重要用途和優(yōu)缺點(diǎn)如下：

Co3+：減少陽(yáng)離子混合占位，穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，降低阻抗值，提高電導(dǎo)率，提高循環(huán)和倍率性能。

Ni2+：可提高材料的容量（提高材料的體積能量密度），而由于Li和Ni相似的半徑，過(guò)多的Ni也會(huì)因?yàn)榕cLi發(fā)生位錯(cuò)現(xiàn)象導(dǎo)致鋰鎳混排，鋰層中鎳離子濃度越大，鋰在層狀結(jié)構(gòu)中的脫嵌越難，導(dǎo)致電化學(xué)性能變差。

Mn4+：不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但過(guò)高的Mn含量會(huì)容易出現(xiàn)尖晶石相而破壞層狀結(jié)構(gòu)，使容量降低，循環(huán)衰減。

能量密度高是三元鋰離子電池的最大優(yōu)勢(shì)，而電壓平臺(tái)是電池能量密度的重要指標(biāo)，決定著電池的基本效能和成本，電壓平臺(tái)越高，比容量越大，所以同樣體積、重量，甚至同樣安時(shí)的電池，電壓平臺(tái)比較高的三元材料鋰離子電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。單體三元鋰離子電池放電電壓平臺(tái)高達(dá)3.7V，磷酸鐵鋰為3.2V，而鈦酸鋰僅為2.3V，因此從能量密度角度來(lái)說(shuō)，三元鋰離子電池比磷酸鐵鋰，錳酸鋰或者鈦酸鋰具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。