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            揭秘:三元鋰電池緣何愈發強勢
            作者:    發布于:2019/10/3    瀏覽次數:20

              眾所周知,以三元材料作為正極材料的動力鋰電池近年來憑借其容量高、循環穩定性好、成本適中等重要優點,逐漸在動力電池行業中占據愈發重要的地位。

              在新能源汽車中,三元鋰電池的占有率超過了磷酸鐵鋰電池成為一大亮點,包括吉利、奇瑞、長安、眾泰、中華等大部分國內主流車企都紛紛推出采用三元動力電池的新能源車型。例如北汽EV系列、奇瑞eQ、艾瑞澤3EV、江淮iEV4、眾泰云100、包括吉利帝豪EV等。那么究竟三元材料電池愈發強勢的原因是什么呢?

              鋰離子電池的性能主要取決于其正極材料,而且鋰離子電池也通常以正極材料來命名。市場上所說的三元材料電池大多是指以鎳鈷錳為正極材料的鋰離子電池。

              人們發現,鎳鈷錳三元正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍內調整,并且其性能隨著鎳鈷錳的比例的不同而變化。因此,出于進一步降低鈷鎳等高成本過渡金屬的含量,以及進一步提高正極材料的性能的目的,世界各國在鎳鈷錳三元材料的研究和開發方面做了大量的工作,提出了多個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。一些體系已經成功地實現了工業化生產和應用。

              1、鎳鈷錳三元正極材料結構特征

              鎳鈷錳三元材料通常可以表示為:LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z=1。

              依據3種元素的摩爾比(x∶y∶z比值)的不同,分別將其稱為不同的體系,如組成中鎳鈷錳摩爾比(x∶y∶z)為1∶1∶1的三元材料,簡稱為333型;摩爾比為5∶2∶3的體系,稱之為523體系等。

              333型、523型和811型等三元材料均屬于六方晶系的α-NaFeO2型層狀巖鹽結構,如圖1。

            圖1 α-NaFeO2型層狀巖鹽結構圖

              鎳鈷錳三元材料中,3種元素的的主要價態分別是+2價、+3價和+4價,Ni為主要活性元素。其充電時的反應及電荷轉移如下:

              正極反應:LiMO2—→Li1-xMO2+xLi++xe-

              負極反應:nC+xLi++xe-—→LixCn

              電池總反應:LiMO2+nC—→Li1-xMO2+LixCn

              一般來說,活性金屬成分含量越高,材料容量就越大,但當Ni的含量過高時,會引起Ni2+占據Li+位置,加劇了陽離子混排,從而導致容量降低。Co也是活性金屬,但能起到抑制陽離子混排的作用,從而穩定材料層狀結構;Mn則不參與電化學反應,可提供安全性和穩定性,同時降低成本。

              2、不同體系鎳鈷錳三元鋰離子電池的特點

              當前市場上存在許多鎳鈷錳三元體系電池,例如523,111,811體系等等,圖2能幫助我們較直觀的了解各體系的特點及相互之間的差異。

            圖2 鎳鈷錳三角模型規律圖

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