三元锂正极材料结构特点

近几年来,三元材料比钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂更受人们的欢迎。它是由镍钴锰组成的正极材料,其中镍的作用是提高电池的能量密度;钴也是活性成分,既能提高材料的稳定性,又能减小阳离子混排,从而降低电池的容量损失;锰主要在材料起到支撑的作用,提升充放电的稳定性。显然,三元锂是一款综合性较强的电池,那其结构特点又如何呢?

众所周知,三元材料的这三种元素是可以根据实际需求进行配比的,其按照镍锰比例的不同可分为两类,一类是Ni:Mn等量型,二类是Ni:Mn不等量型。

锂电池图片

NCM424与NCM111是等量型的典型代表。三元锂电池在充放电过程中,+4价的Mn不易变价,在材料中起到稳定结构的作用,而Ni离子被氧化,由+2价变为+4价,失去两个电子,使得材料具有较高的比容量。

Ni、Mn不等量型,又称为高镍型三元锂,主要的代表型号是NCM523,NCM622和NCM811。高镍型的三元材料在电压平台低于4.4V(相对于金属锂或锂离子)时,一般认为主要是二、三价镍离子参与氧化还原反应,化合价升高到+4价。当电压高于4.4V时,三价钴离子也参与反应变为+4价,Mn4+不参加反应起稳定结构作用。

不同比例NCM材料有着不一样的特点,其可以根据具体的应用要求加以选择。若想要提高动力电池的能量密度,提升车辆的续航里程,当前主流观点是在Ni、Mn不等量型方向上,提高高镍三元的安全性达到车辆使用要求。

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