信很多關(guān)注電動(dòng)汽車的朋友對(duì)于三元鋰電池不會(huì)陌生，大名鼎鼎的特斯拉采用的就是這種電池。而國(guó)內(nèi)的電池巨頭比亞迪在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)一直采用的是磷酸鐵鋰電池，在今年下半年則宣布也將重點(diǎn)發(fā)展三元鋰電池。

三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。

安全性是重中之重

三元鋰電池的特點(diǎn)是能量密度大，電壓更高，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車子跑的距離也就更遠(yuǎn)，速度也能更快。但是其弱點(diǎn)在于穩(wěn)點(diǎn)性較差，如果內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會(huì)有明火產(chǎn)生。所以一般18650電池都會(huì)有一層鋼殼保護(hù)，由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成，所以，雖然特斯拉給電池組進(jìn)行了全方位的保護(hù)，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。

之所以這樣，原因是兩種材料在到達(dá)一定溫度時(shí)發(fā)生分解，三元鋰材料會(huì)在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學(xué)反映更加劇烈，會(huì)釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經(jīng)成為成品的電池。一般而言我們常說(shuō)的三元材料主要指的是NMC材料，也包含NCA材料，層狀材料的容量發(fā)揮受到其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，由于Ni3+的化學(xué)穩(wěn)定性要比Co元素更好，因此在充電的過程中NMC材料也就能脫出更多的Li，使得材料的容量由較大的提升。

 

反過來(lái)，層狀氧化物正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還受到脫Li數(shù)量的影響，過量的脫Li可能會(huì)導(dǎo)致材料的層狀結(jié)構(gòu)坍塌，因此為了保證NMC材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要對(duì)材料的充電截止電壓進(jìn)行限制，保證材料的長(zhǎng)期的循環(huán)穩(wěn)定性。

 

德國(guó)明斯特大學(xué)的Johannes Kasnatscheew等人對(duì)NCM111和NCM532（兩款材料來(lái)自BMW集團(tuán)）、NCM622和NCA（兩款材料來(lái)自Customcell）、NCM811（來(lái)自杉杉科技）材料的充電制度對(duì)其循環(huán)壽命和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究。

 

充電截止電壓的影響

 

NMC材料的脫鋰數(shù)量與充電截止電壓成正比，也就是說(shuō)充電截止電壓越高NMC材料的脫鋰量也就越大，相應(yīng)地材料的結(jié)構(gòu)也就越不穩(wěn)定。下圖為NCM811材料在不同的充電截止電壓下，循環(huán)性能曲線，可以看到提高截止電壓后，材料容量發(fā)揮明顯提高了，但是隨之而來(lái)的是材料衰降速度的加速。

 

對(duì)比不同截止電壓下的循環(huán)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，4.6V截止電壓時(shí)雖然在第五次放電時(shí)比容量最高，但是在循環(huán)53次后，其容量快速下降，低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的提高充電截止電壓，雖然會(huì)使的材料的容量獲得較大的提升，但卻會(huì)使的材料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)生明顯的下降，因此需要根據(jù)電池的設(shè)計(jì)壽命合理選擇充電截止電壓。