鎳鈷錳三元鋰電池材料的作用及現(xiàn)狀分析

來源：存能電氣  日期：2020-04-24 11:32  瀏覽量：次

鎳鈷錳三元鋰電池材料的作用及現(xiàn)狀分析。在現(xiàn)有的二次電池體系中，無論從發(fā)展空間，還是從壽命、比能量、工作電壓和自放電率等技術(shù)指標(biāo)來看，鋰離子電池都是當(dāng)前最有競爭力的二次電池。良好的綜合性能，使得三元材料成為目前市場的主流，以及最具潛力的一種電池正極材料，在數(shù)碼電子產(chǎn)品、電動自行車、電動工具等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用場景。鎳鈷錳對三元材料的理化及電性能指標(biāo)具有重要的影響。

鎳鈷錳三元鋰電池材料的作用

三元鋰電池是以鎳鈷元素作為正極材料，以錳鹽或鋁鹽來穩(wěn)定化學(xué)架構(gòu)的一種鋰電池。

1、鈷的作用在于可以穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，而且可以提高材料的循環(huán)和倍率性能，但過高的鈷含量會導(dǎo)致實(shí)際容量降低；

2、鎳是材料的主要活性物質(zhì)之一，作用在于提高增加材料的體積能量密度.但鎳含量高(即高鎳)的三元材料也會導(dǎo)致鋰鎳混排，從而造成鋰的析出；

3、錳有良好的電化學(xué)惰性，使材料始終保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。錳作用在于降低材料成本、提高材料安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但過高的錳含量會破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)，使材料的比容量降低；所以在以后材料發(fā)展中，在保持錳不變的前提下，提高鎳含量，降低固含量，這個(gè)是成本及容量性能的綜合考慮。

由于Ni、Co、Mn原子結(jié)構(gòu)相似，在保持結(jié)構(gòu)不變的前提下，能以任意比例配比，得到一系列性能不同的鎳鈷錳三元材料，根據(jù)其特點(diǎn)及優(yōu)勢進(jìn)行市場細(xì)分，使其各自優(yōu)點(diǎn)得以最大限度的發(fā)揮，從而滿足不同用途的鋰電池市場細(xì)分的客戶要求。

鎳鈷錳在三元鋰電池中的研究進(jìn)展

固相法和共沉淀法是傳統(tǒng)制備三元材料的主要方法，為了進(jìn)一步改善三元材料電化學(xué)性能，在改進(jìn)固相法和共沉法的同時(shí)，新的方法諸如溶膠凝膠、噴霧干燥、噴霧熱解、流變相、燃燒、熱聚合、模板、靜電紡絲、熔融鹽、離子交換、微波輔助、紅外線輔助、超聲波輔助等被提出。

與磷酸鐵鋰和鈷酸鋰比較，鎳鈷錳在達(dá)到一定溫度時(shí)會發(fā)生分解，釋放氧氣，而氧氣會加速高溫作用下電解液的反應(yīng)，進(jìn)而造成風(fēng)險(xiǎn)。所以需要更為可靠的包裝方式。當(dāng)下最主流的方式有三種：圓柱型、方殼型和軟包型。

鎳鈷錳三元正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，并且其性能隨著鎳鈷錳的比例的不同而變化，因此，出于進(jìn)一步降低鈷鎳等高成本過渡金屬的含量，以及進(jìn)一步提高正極材料的性能的目的；世界各國在具有不同鎳鈷錳組成的三元材料的研究和開發(fā)方面做了大量的工作，已經(jīng)提出了多個(gè)具有不同鎳鈷錳比例組成的三元材料體系。包括333，523，811體系等。一些體系已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

國外動力電池以三元(鎳鈷錳、鎳鈷鋁、錳酸鋰)體系為主，國內(nèi)由于對三元體系的安全性的擔(dān)憂，一直奉行磷酸亞鐵鋰系列，直到特斯拉把NCA材料的18650電池用在跑車上國內(nèi)才開始在車上使用三元體系的電池，并在2015年電動汽車上有較大的突破。

鎳鈷錳三元材料憑借高能量密度、良好的大電流充放電性能、優(yōu)秀的循環(huán)性能及安全性的到快速發(fā)展，將進(jìn)入電池正極材料的獨(dú)霸的時(shí)代。限制三元鋰電池在商用電動車上的使用是不合適的，應(yīng)該讓市場去選擇，讓商用車廠去選擇。