如何提高三元材料的安全性？

從能量密度的角度來說，三元材料比LFP和LMO有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但安全性能卻是一直限制其大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)難題。

容量較大的純三元電池很難通過針刺和過充等安全性測(cè)試，這也是大容量電池中一般都要混合錳酸鋰一起使用的原因。從我了解到的情況來看，主要有如下幾種解決三元安全性問題的方案：

1.選擇安全性能最優(yōu)配比的三元材料

眾所周知，三元材料中的鎳含量越高，材料的穩(wěn)定性越差，安全性也就越差，目前安全性最好的主流三元鎳鈷錳配比為1:1:1，即通常所說的111三元，111的三元之所以穩(wěn)定性最好，主要因?yàn)椋?/p>

1）鎳所占的比例較低（相對(duì)于422/523等），材料制備過程中更容易形成完整的層狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼顧了能量密度。

2）錳的比例較高（相對(duì)于422/523等），錳是三元材料中其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要元素。

3）鎳和錳的比例為1:1，鎳和錳同時(shí)為穩(wěn)定性最高的正2價(jià)和正4價(jià)。（在這里多說一句，111三元是最適合做高電壓的三元材料，如果高電壓電解液瓶頸突破，其能量密度不會(huì)遜色于任何高鎳的三元，循環(huán)和電極加工性能都要高幾個(gè)檔次。）

綜上所述，在大容量純?nèi)姵刂校?11三元具有最好的安全性。

2.從三元材料本身進(jìn)行改善

三元材料本身就是從摻雜中發(fā)展出來的新型材料，我們認(rèn)為如果再在三元中摻雜其他元素，不僅會(huì)對(duì)其電化學(xué)性能產(chǎn)生為止影響，還會(huì)對(duì)制備工藝提出更多要求，成本的提高同樣會(huì)限制三元在動(dòng)力中的應(yīng)用，而包覆工藝對(duì)于產(chǎn)品的一致性會(huì)產(chǎn)生影響，所以我們認(rèn)為在保證產(chǎn)品適合產(chǎn)業(yè)化的前提下對(duì)于材料的安全性能進(jìn)行改善才是能夠使三元真正應(yīng)用于動(dòng)力電池中的最好方法。

所以在這里只說一下我們的改進(jìn)方案，之前說過很多次了，我們的三元材料是類似鈷酸鋰的一次顆粒，除了在壓實(shí)密度和電極加工性能方面有很大的優(yōu)勢(shì)之外，對(duì)于安全性也有提高，原因如下：

1）微米級(jí)的一次顆粒具有更完整的層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)越完整，材料的穩(wěn)定性就越好，體現(xiàn)為循環(huán)性能和安全性能的提高。

2）粒徑較大的一次顆粒具有更好的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，之前聽說國(guó)內(nèi)某合資公司宣稱用日本的納米級(jí)三元材料做出的動(dòng)力電池安全性能如何如之何，至少在我看來，這么宣傳的效果是負(fù)面的，既然宣傳納米材料就應(yīng)該重點(diǎn)宣傳倍率性能而規(guī)避安全性，因?yàn)榧{米級(jí)的材料本身就具有很高的活性，納米化使材料的穩(wěn)定性和安全性不同程度的降低，我之所以提到微米級(jí)，就是為了區(qū)別于納米級(jí)。

3）把一次粒徑做大的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是降低了比表面積，減少了材料因?yàn)榕c電解液的接觸造成的副反應(yīng)對(duì)于材料結(jié)構(gòu)的破壞，對(duì)于循環(huán)和材料穩(wěn)定性都很有幫助。

盡管如此，我們認(rèn)為三元材料在電池中的安全性是其本身的性質(zhì)，就像錳酸鋰的高溫，即使通過徹底改性，完全消除了錳酸鋰的3V平臺(tái)，形貌控制也做了很多優(yōu)化，仍然需要電解液和負(fù)極的匹配才能完全滿足高溫性能要求。

降低電池的充電上限電壓目前國(guó)內(nèi)某企業(yè)已經(jīng)很好地解決了35Ah純?nèi)姵氐陌踩詥栴}，其充電上限電壓為4.1V，這樣對(duì)于整個(gè)電池體系的穩(wěn)定性都有很好的提高。