三元材料是指由三种化学成分(元素),组分(单质及化合物)或部分(零件)组成的材料整体。在锂电池的正极材料中
其一般均指的是化学组成为LiNixXyCozO2的材料。其中X为Mn(锰)时就是NCM(俗称镍钴锰酸锂),而X为Al(铝)时指的就是
NCA(俗称镍钴铝酸锂)。而所谓111、532、622和811等型号则均指的是NCM材料中x、y、z三个数字的比例,比如622中的
x:y:z就等于6:2:2,其化学组成就是LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2。材料微观结构来看,NCA和NCM非常类似,NCA目前只有
松下为首在使用的LiNi0.8 Al0.05Co0.15O2,因此NCA就演变成了对它的特指。
1、NCM和NCA本质上都是为了解决钴酸锂(LiCoO2)或镍酸锂(LiNiO2)层状结构的稳定性问题。锰元素和铝元素在其中均起
到支撑结构的作用,其中锰的掺入可以引导锂和镍层间混合,因此改善材料的高温性能;铝的掺入则在一定程度上可以改
善材料的晶格结构,减少塌陷,进而改善其循环稳定性。
2、三元正极材料主要包括两种技术路线;即以镍钴锰酸锂为正极的NCM路线和以镍钴铝酸锂为正极的NCA路线。
1)镍钴锰酸锂(NCM),NCM根据组分可以分为两个基本系列:低钴的对称型三元材料和高镍的三元材料两种类型。前者的
Ni/Mn两种金属元素的摩尔比固定为1,以维持三元过渡金属氧化物的价态平衡,代表性产品是333和442三元材料。这类
材料由于Ni含量较低Mn含量较高晶体结构比较完整,因此具有向高压发展的潜力;高镍的三元材料由于采用氢氧化物共沉
淀工艺使得Ni,Co和Mn三元素在前驱体里面实现了原子尺度的均匀分布,高镍三元目前有代表性的组分有622、701515和
811这几种。
2)811的物性和NCA非常相似,在全电池中的实际克容量发挥可以超过190mAh/g。提高镍含量可以提升容量,但负作用也
同样非常明显。随着镍含量的升高,Ni在Li层的混排效应也更加明显,将直接恶化其循环性和倍率性能。且提高镍含量
使得晶体机构稳定性变差,表面残碱含量也随之升高,这些因素都会导致安全性问题比较突出,尤其是高温测试条件下
电芯产气非常严重。
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