詳解三元鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)
來源：未知
2019-05-20 15:01
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由于鋰電池中的正極材料往往是決定了其能量密度，對于鋰電池來說這是最重要的一個特性，因此用正極材料來命名的情況最多，咱們常說的三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池就屬于這一類。
回到文章的標(biāo)題，三元鋰電池之所以被成為三元鋰電池，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。
那名字中的“鋰”又是什么意思呢？為什么是“三元鋰”而不是“三元鈉”呢？
按照初中物理課本的常識，我們知道僅有正極材料是組不成完整地電池結(jié)構(gòu)的，就像僅有雞蛋是做不出西紅柿炒雞蛋一樣，一個具備放電能力的電池=正極+負(fù)極+電解液（內(nèi)含電解質(zhì)）。而三元鋰電池的“鋰”字，指的就是這類電池采用了以六氟磷酸鋰為主的鋰鹽作為電解質(zhì)，起到傳導(dǎo)電子的作用。負(fù)極材料的特性在名字中沒有體現(xiàn)，主要是因?yàn)榻^大多數(shù)鋰離子電池的負(fù)極材料都是石墨（天然的也好，人造的也罷），大家都一樣，就沒必要拿出來特意炫耀了。
三元鋰電池中三元指的是包含鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）或鋁（Al）三種金屬元素的聚合物，在三元鋰電池中做正極；鋰指的是電解質(zhì)主要為六氟磷酸鋰的電解液，而負(fù)極材料一般為石墨。
Part2：為什么是三元鋰，而不是四元鋰？這三“元”都有什么用？
三元鋰之所以被發(fā)揚(yáng)光大，當(dāng)然不僅僅是因?yàn)檫@個名字好聽好記，更是由于鎳鈷錳（或鋁）這三種金屬元素的聚合物在電池內(nèi)部發(fā)揮了巨大的作用。那么，這三種金屬元素都有起到了什么作用呢？
我們不妨拿小時候?？吹摹豆嗷@高手》為大家做個類比，介紹一下：
一、鎳Ni——櫻木花道：絕對的實(shí)力擔(dān)當(dāng)，但做事沖動，常常闖禍
鎳餅
鎳是副族中的活性金屬，主要作用是提升電池的體積能量密度，是提升續(xù)航里程的主要突破口，但含量過多會導(dǎo)致鎳離子占據(jù)鋰離子位置（鎳氫混排），導(dǎo)致容量下降。
鎳的作用就像《灌籃高手》中的櫻木花道，雖然是球隊中絕對的實(shí)力擔(dān)當(dāng)，但不加限制的話常常因?yàn)闆_動的性格而闖禍。
二、鈷Co——赤木剛憲：領(lǐng)導(dǎo)力強(qiáng)，帶領(lǐng)全隊走向勝利
鈷粉
鈷也是副族中的活性金屬，其可以抑制陽離子的混排，從而提高起到提升穩(wěn)定性和延長電池的壽命的作用，此外，其也決定了電池的充放電速度和效率（倍率性能），但過高的鈷含量會導(dǎo)致實(shí)際容量降低。
鈷的作用就像湘北籃球隊的隊長——赤木剛憲，實(shí)力同樣不俗，但主要還是依靠強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)能力帶領(lǐng)全隊走向勝利。
三、錳Mn或鋁Al——安西教練：穩(wěn)定全隊，防止內(nèi)訌
鋁錠
錳或鋁的作用在于降低材料成本，畢竟上面提到的鎳和鈷都是十分昂貴的稀有金屬，并且可以提高電池的安全性和穩(wěn)定性。
錳元素就像《灌籃高手》中的安西教練，在比賽時沒有戰(zhàn)斗力，但是全隊的精神領(lǐng)袖，起到團(tuán)結(jié)隊員、防止內(nèi)訌打架的作用。
在三元鋰電池的正極材料中，鎳、鈷、錳（或鋁）這三種金屬元素缺一不可，多一個或者少一個都會影響其最終的表現(xiàn)或做不成電池。
在西紅柿炒雞蛋中，雖然西紅柿雞蛋缺一不可，但可以根據(jù)我們的口味做成甜口或者咸口
雖然鎳、鈷、錳（或鋁）三者缺一不可，但我們根據(jù)自己的需求，適當(dāng)調(diào)節(jié)鋰電池中鎳、鈷、錳（或鋁）的混合比例（摩爾比），來讓鋰電池表現(xiàn)出不一樣的特性，就像西紅柿炒雞蛋有的人喜歡吃甜口的，有人喜歡吃咸口的。
Part3：鎳鈷錳（或鋁）怎樣混合才能讓我跑得更遠(yuǎn)？
很簡答， 鎳是三元鋰電池中的實(shí)力擔(dān)當(dāng)（決定能量密度），要想跑得更遠(yuǎn)，提高它的含量準(zhǔn)沒錯；如果我想要三元鋰電池成本更便宜，增大錳或鋁的比值就對了。
根據(jù)正極材料中鎳鈷錳（或鋁）3種元素的混合比例不同，我們可以將三元鋰電池分為不同的體系：
如鎳：鈷：錳為1：1：1的333體系；8：1：1的高鎳811體系等。
它們的“性格”簡單概括一下就是第一個數(shù)字越高，跑得越遠(yuǎn)，但成本越高，安全性也越低；最后一個數(shù)字越高，跑得越近，也最便宜。
鎳鈷錳三角模型圖
專業(yè)一些的話，我們一般用“鎳鈷錳三角模型圖“來表示不同體系下三元鋰電池的特性差異。
看著模型圖，我們回答這么一個問題：
Q:要想獲得更高的續(xù)航里程和更安全的出行體驗(yàn)，我們應(yīng)該怎么辦？
A：提高鎳含量
B：提高鈷含量
C：提高錳含量
D：提高鎳和鈷的含量
猜出答案沒有？下面公布正確答案：D。
要想跑得更遠(yuǎn)且更安全，那就勢必要增加鎳和鈷在三元材料中的比值，不過，你也必須承擔(dān)鎳化學(xué)性能活潑帶來的安全隱患和鈷稀有金屬帶來的高昂成本，魚和熊掌不可兼得。
其實(shí)想來也是，這世界上哪兒有值占便宜不吃虧的好事兒，您說是不是。
