钜大LARGE | 点击量：1060次 | 2019年05月24日
是什么让三元材料电池强势发展的
众所周知，以三元材料作为正极材料的动力锂电池近年来仰仗其容量高、循环安稳性好、本钱适中等重要长处，逐步在动力电池职业中占有愈发重要的方位。
在新能源轿车中，三元锂电池的占有率超过了磷酸铁锂电池成为一大亮点，包括吉利、奇瑞、长安、众泰、中华等大部分国内干流车企都纷繁推出选用三元动力电池的新能源车型。例如北汽EV系列、奇瑞eQ、艾瑞泽3EV、江淮iEV4、众泰云100、包括吉利帝豪EV等。那么终究三元材料电池愈发强势的原因是什么呢？
在之前的文章《手把手带你认识锂离子电池》一文中有说到，锂离子电池的功能主要取决于其正极材料，而且锂离子电池也一般以正极材料来命名。商场上所说的三元材料电池大多是指以镍钴锰为正极材料的锂离子电池。
人们发现，镍钴锰三元正极材猜中镍钴锰比例可在必定范围内调整，而且其功能随着镍钴锰的比例的不同而改变。因而，出于进一步下降钴镍等高本钱过渡金属的含量，以及进一步前进正极材料的功能的意图，世界各国在镍钴锰三元材料的研讨和开发方面做了大量的作业，提出了多个具有不同镍钴锰比例组成的三元材料体系，包括333，523，811体系等。一些体系现已成功地完成了工业化出产和应用。
1、镍钴锰三元正极材料结构特征
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
镍钴锰三元材料一般能够表明为：LiNixCoyMnzO2，其间x+y+z=1。
根据3种元素的摩尔比（x∶y∶z比值）的不同，别离将其称为不同的体系，如组成中镍钴锰摩尔比（x∶y∶z）为1∶1∶1的三元材料，简称为333型；摩尔比为5∶2∶3的体系，称之为523体系等。
333型、523型和811型等三元材料均属于六方晶系的α-NaFeO2型层状岩盐结构，
镍钴锰三元材猜中，3种元素的的主要价态别离是+2价、+3价和+4价，Ni为主要活性元素。其充电时的反应及电荷转移如下：
正极反应：LiMO2—→Li1-xMO2+xLi++xe-
负极反应：nC+xLi++xe-—→LixCn
电池总反应：LiMO2+nC—→Li1-xMO2+LixCn
一般来说，活性金属成分含量越高，材料容量就越大，但当Ni的含量过高时，会引起Ni2+占有Li+方位，加剧了阳离子混排，然后导致容量下降。Co也是活性金属，但能起到抑制阳离子混排的效果，然后安稳材料层状结构；Mn则不参与电化学反应，可提供安全性和安稳性，一同下降本钱。
2、不同体系镍钴锰三元锂离子电池的特色
当前商场上存在许多镍钴锰三元体系电池，例如523，111，811体系等等，图2能帮助我们较直观的了解各体系的特色及相互之间的差异。
作为车载动力电池，商场对其能量密度提出了越来越严苛的要求。但鱼和熊掌不可兼得，由图2可知，若想取得高能量密度且安全安稳的动力电池，有必要添加Ni及Co在三元材猜中的比重。随同而来的，是由Ni的生动特性带来的安全隐患及Co资源缺少带来的本钱添加。
针对各体系的镍钴锰三元电池，在这里也做下简略的介绍。
2.1LiNi0.5Co0.2Mn0.302
523型三元材料是现在用量最大的三元材料，由于它具有较高的比容量和热安稳性，且工艺的老练性和安稳性不断前进，国内商场占有率敏捷扩展。523型三元材料追求高体积、高比容量（压实密度大），其次是循环功能、倍率功能、热安稳性和自放电等之间的平衡，作为动力电池，能够极大地前进电动工具的续航才干。
2.2LiNi1/3Co1/3Mn1/302
111型三元材料则兼具能量、倍率、循环性和安全功能优势，可是，111型材料的初次充放电功率低、锂层中阳离子的混排，影响材料的安稳性，且放电电压平台较低。现在，前进LiNi1/3Co1/3Mn1/302材料的振实密度、高低温文高电压下的循环安稳性以及倍率功能成为现在该材料研讨的热点。111型三元材料制备的动力电池比容量高，循环性、倍率性、低温放电、荷电坚持才干等以及安全功能方面均能满足EV及HEV对动力电池的要求。
2.3LiNi0.8Co0.1Mn0.102
811这种材料由于Ni含量高、Co含量低，而具有高容量、低价格等优势，但一同也更难做到像111体系相同的安稳性。由于Ni含量过高，其制造本钱也会添加，这种Ni系材料对制造电池的环境要求也比较高，811制造电池需要高电压的电解液的合作。因而，811系材料的制造加工工艺是当前研讨重点。现在，811这种高Ni系材料，日本、韩国做的较好，如日本的住友等企业。国内做的厂家不少，如邦普，大华之类，大部分只是在试验阶段，量产的规模没有成型。
2.4LiNi0.6Co0.2Mn0.202
Ni含量越高比容量越高，Ni含量到达60%以上时，材料的重要性逐步显现。622型镍钴锰三元锂电池比容量高于523型，克容量能到达160毫安时以上，甚至在高电压的情况下能到达180毫安时，且加工功能杰出。622类材料的开发是当前工业开发的重点，也非常适用于高能量密度的EV电池上。
3、三元锂离子的现状与展开
在全球范围内，三元锂电池现在占全球性锂离子电池商场的80%以上，在需要较高的输出与安全性的电动轿车车用电池商场上，占有率超过81%。反观国内商场，2015年国内动力电池出货量达15.7Gwh，其间磷酸铁锂电池仍占主导，占有商场近69%比例；三元材料电池出货量占比27%。再细分而言，在乘用车领域，电池类型则以三元材料为主，电池出货量达1.93Gwh；在客车领域，主要以搭载磷酸铁锂电池为主，占纯电动客车电池量的84%[5]。
本年1月24日，工信部对三元电池的“暂停补助”方针虽是对三元锂电池厂商的当头一棒，但一同也对这个商场进行了必定的捆绑。现在国内动力电池厂的三元电池产品的质量确实参差不齐，三元材料的安稳性本身相对于磷酸铁锂便弱势一些，特别再加上杂乱的工艺要求。出于安全性考虑，这种“暂缓”方针也从必定角度上标准了职业和商场，是存在必定的必要性。
可是锂电池领域中，在能量密度、低温特性、功率特性以及高温储存性等方面都全面优于其他材料的三元材料，必定会成为锂电池正极材料的一股不可忽视的力量，等待它的厚积薄发！
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