三元鋰電池，其全稱為“正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰等三元聚合物的鋰離子二次電池”。別說正在看文章的大家記不住，4S店的銷售小哥們八成也記不住。本著“刪繁就簡”的原則，我們將上述“正極材料balabal”的電池簡稱為“三元鋰電池”。

為什么我聽說三元鋰電池最多？是因為它最優(yōu)秀嗎？

為什么大家都不約而同的選擇了三元鋰電池？原因概括起來大概有三點：

① 能量密度高，續(xù)航里程有保障

② 壽命、輸出功率、成本控制還都不錯

③ 提升能量密度容易，省時省力當前常見的鋰電池，主要有三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰等等，都是按照正極材料的類型來命名。與之配對使用的商業(yè)化負極材料一般都是石墨負極?；竟ぷ髟砣缦聢D所示。

如上圖所示。在充電過程中，由于電池外加端電壓的作用，正極集流體附近的電子在電場驅(qū)動下向負極運動，到達負極后，與負極材料中的鋰離子結(jié)合，形成局部電中性存放在石墨間隙中；消耗了部分鋰離子的負極表面，鋰離子濃度變低，正極與負極之間形成離子濃度差。在濃差驅(qū)動下，正極材料中的鋰離子從材料內(nèi)部向正極表面運動，并沿著電解質(zhì)，穿過隔膜，來到負極表面；進一步在電勢驅(qū)動作用下，向負極材料深處擴散，與從外電路過來的電子相遇，局部顯示電中性滯留在負極材料內(nèi)部。放電過程則剛好相反，包含負載的回路閉合后，放電過程開始于電子從負極集流體流出，通過外電路到達正極；終于鋰離子嵌入正極材料，與外電路過來的電子結(jié)合。

負極石墨為層狀結(jié)構(gòu)，鋰離子的嵌入和脫出的方式，在不同類型的鋰離子中沒有太大差異。不同正極材料，其晶格結(jié)構(gòu)存在明顯差異，充放電過程中的鋰離子擴散進出，過程略有不同。

2.主要正極材料的類型和特點

當前商業(yè)化比較充分的正極材料主要有鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，錳酸鋰和三元鋰四種。其中，鈷酸鋰雖然能量密度等方面存在明顯優(yōu)勢，但是安全問題成了瓶頸，使用的范圍越來越小。錳酸鋰，循環(huán)性能比較差，高溫性能不好，雖然抗過充能力強，成本又低，但現(xiàn)在主要只在低端或低速車輛上還有使用，市場份額也在縮小。只剩下磷酸鐵鋰和三元鋰是當前真正的主流，二者一個占據(jù)能量密度和低溫性能的優(yōu)勢，另一個則擁有循環(huán)壽命和安全性的優(yōu)勢，國家政策和終端用戶在二者之間有些難于抉擇。目前為止，公交車主要使用磷酸鐵鋰，乘用車等對續(xù)航和客戶體驗要求較高的車型則選擇三元鋰電池。

3.三元鋰正極材料結(jié)構(gòu)和特點

三元材料是過去幾年的熱點，其中Ni成分，可以提高材料活性，提高能量密度；Co成分也是活性物質(zhì)，既能穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，又能減小陽離子混排，便于材料深度放電，從而提高材料的放電容量；Mn成分，在材料中起到支撐作用，提供充放電過程中的穩(wěn)定性。三元鋰，基本上綜合體現(xiàn)了幾種材料的優(yōu)點。

在三元材料這個大的類別下面，材料中三種金屬元素比例不同，可以看成不同種類的三元材料。一類是Ni:Mn 等量型，第二類是Ni:Mn 不等量型。

等量型的代表是NCM424和NCM111。在充放電過程中，+4 價的Mn不變價，在材料中起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，+2 價的Ni變?yōu)?4 價，失去兩個電子，使得材料有著高的比容量。

Ni、Mn不等量型，就是本文的主角，又叫高鎳型三元鋰，主要的代表型號是NCM523，NCM622和NCM811。富鎳型三元材料在電壓平臺低于4.4 V(相對于Li+/Li)時，一般認為主要是Ni 為+2/+3 價參與氧化還原反應(yīng)，化合價升高到+4 價。當電壓高于4.4 V 時，Co3+參與反應(yīng)變?yōu)?4 價，Mn4+不參加反應(yīng)起穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作用。

高鎳三元給正極帶來的影響

不同比例NCM材料的優(yōu)勢不同，可以根據(jù)具體的應(yīng)用要求加以選擇。Ni 表現(xiàn)高的容量，低的安全性；Co 表現(xiàn)高成本，高穩(wěn)定性；Mn 表現(xiàn)高安全性、低成本。要想提高電池的能量密度，提升車輛續(xù)駛里程，當前主流觀點是在高鎳方向上，提高高鎳三元的安全性達到車輛使用要求。在三元及前文提及的磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰等成熟商用技術(shù)路線以外，也存在著鋰硫電池，鋰空氣電池以及全固態(tài)電池等多個技術(shù)方向，但都距離成熟商用還比較遠。