鎳鈷錳三元鋰電池材料的作用及現狀分析

來源：存能電氣  日期：2020-04-24 11:32  瀏覽量：次

鎳鈷錳三元鋰電池材料的作用及現狀分析。在現有的二次電池體系中，無論從發展空間，還是從壽命、比能量、工作電壓和自放電率等技術指標來看，鋰離子電池都是當前最有競爭力的二次電池。良好的綜合性能，使得三元材料成為目前市場的主流，以及最具潛力的一種電池正極材料，在數碼電子產品、電動自行車、電動工具等領域具有良好的應用場景。鎳鈷錳對三元材料的理化及電性能指標具有重要的影響。

鎳鈷錳三元鋰電池材料的作用

三元鋰電池是以鎳鈷元素作為正極材料，以錳鹽或鋁鹽來穩定化學架構的一種鋰電池。

1、鈷的作用在于可以穩定材料的層狀結構，而且可以提高材料的循環和倍率性能，但過高的鈷含量會導致實際容量降低；

2、鎳是材料的主要活性物質之一，作用在于提高增加材料的體積能量密度.但鎳含量高(即高鎳)的三元材料也會導致鋰鎳混排，從而造成鋰的析出；

3、錳有良好的電化學惰性，使材料始終保持穩定的結構。錳作用在于降低材料成本、提高材料安全性和結構穩定性，但過高的錳含量會破壞材料的層狀結構，使材料的比容量降低；所以在以后材料發展中，在保持錳不變的前提下，提高鎳含量，降低固含量，這個是成本及容量性能的綜合考慮。

由于Ni、Co、Mn原子結構相似，在保持結構不變的前提下，能以任意比例配比，得到一系列性能不同的鎳鈷錳三元材料，根據其特點及優勢進行市場細分，使其各自優點得以最大限度的發揮，從而滿足不同用途的鋰電池市場細分的客戶要求。

鎳鈷錳在三元鋰電池中的研究進展

固相法和共沉淀法是傳統制備三元材料的主要方法，為了進一步改善三元材料電化學性能，在改進固相法和共沉法的同時，新的方法諸如溶膠凝膠、噴霧干燥、噴霧熱解、流變相、燃燒、熱聚合、模板、靜電紡絲、熔融鹽、離子交換、微波輔助、紅外線輔助、超聲波輔助等被提出。

與磷酸鐵鋰和鈷酸鋰比較，鎳鈷錳在達到一定溫度時會發生分解，釋放氧氣，而氧氣會加速高溫作用下電解液的反應，進而造成風險。所以需要更為可靠的包裝方式。當下最主流的方式有三種：圓柱型、方殼型和軟包型。

鎳鈷錳三元正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍內調整，并且其性能隨著鎳鈷錳的比例的不同而變化，因此，出于進一步降低鈷鎳等高成本過渡金屬的含量，以及進一步提高正極材料的性能的目的；世界各國在具有不同鎳鈷錳組成的三元材料的研究和開發方面做了大量的工作，已經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。一些體系已經成功地實現了工業化生產和應用。

國外動力電池以三元(鎳鈷錳、鎳鈷鋁、錳酸鋰)體系為主，國內由于對三元體系的安全性的擔憂，一直奉行磷酸亞鐵鋰系列，直到特斯拉把NCA材料的18650電池用在跑車上國內才開始在車上使用三元體系的電池，并在2015年電動汽車上有較大的突破。

鎳鈷錳三元材料憑借高能量密度、良好的大電流充放電性能、優秀的循環性能及安全性的到快速發展，將進入電池正極材料的獨霸的時代。限制三元鋰電池在商用電動車上的使用是不合適的，應該讓市場去選擇，讓商用車廠去選擇。