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)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(dòng)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(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)主流車企都紛紛推出采用三元?jiǎng)恿﹄姵?/a>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(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》一文中有提到，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(lái)命名。市場(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(guò)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(guó)在鎳鈷錳三元材料的研究和開(kāi)發(fā)方面做了大量的工作，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。一些體系已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(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(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)，如圖1。

【干貨】一文讀懂三元鋰動(dòng)力電池體系

鎳鈷錳三元材料中，3種元素的的主要價(jià)態(tài)分別是+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+占據(jù)Li+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(shí)降低成本。