有關三元鋰電池及優缺點解析

三元鋰電池

三元聚合物鋰電池：正極材料使用鎳鉆錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，特指的是正極是三元，負極是石墨三元動力鋰離子電池。而另一種正極是三元，負極是鈦酸鋰的，則通常被稱為鈦酸鋰，不屬于一般所說的三元材料。

1、三元鋰電池優勢：

三元鋰電池能量密度高，循環性能好于正常鉆酸鋰。目前，隨著配方的不斷改進和結構完善，電池的標稱電壓已達到3.7V，在容量上已經達到或超過鉆酸鋰電池水平。

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料具有與LiCoO2相近的單一的基于六方晶系的a-NaFeO2型層狀巖鹽結構，空間點群為R3m。鋰離子占據巖鹽結構（111）面的3a位，過渡金屬離子占據3b位，氧離子占據6c位，每個過渡金屬原子由6個氧原子包圍形成MO6八面體結構，而鋰離子嵌入過渡金屬原子與氧形成的Ni1/3Co1/3Mn1/3O層。因為二價鎳離子的半徑（0.069nm）與鋰離子的半徑（0.076nm）

相接近，所以少量鎳離子可能會占據3a位，導致陽離子混合占位情況的出現，而這種混合占位使得材料的電化學性能變差。通常在XRD中，將（003）/（104）峰的強度比以及（006）/（012）和（018）/（110）峰的分裂程度作為陽離子混合占位情況的標志。一般情況下，（003）/（104）峰的強度比高于1.2，且（006）/

（012）和（018）/（110）峰出現分明分裂時，層狀結構分明，材料的電化學性能優良。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶胞參數a=2.8622A、c=14.2278A。在晶格中鎳、鉆、錳分別以+2、+3、+4價存在，同時也存在少量的Ni3+和Mn3+，在充放電過程中，除了有Co3+/4+的電子轉移外，還存在Ni2+/3+和Ni3+的電子轉移，這也使得材料具有了更高的比容量。Mn4+只是作為一種結構物質而不參與氧化還原反應。Koyama等提出2個描述LiNi1sCou3Mnm3O2晶體結構模型，即具有

[v3xV3]R30°型超結構[Ninaco1sMn1]層的復雜模型，晶胞參數a=4.904

A.c=13.884A.晶格形成能為-0.17eV和CoO2、NiO2和MnO2層有序堆積的簡單模型，晶格形成能為+0.06eV。因此，在適宜的合成條件下，完全可以形成第一種模型，這種晶型在充放電過程中可以使晶格體積變化達到最小，能量有所降低，有利于晶格保持穩定。

三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的電化學性能及熱穩定性

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作為鋰電池正極材料，具有較高的鋰離子擴散能力，理論容量達278mAh/g，在充電過程中，在3.6V～4.6V之間有兩個平臺，一個在3.8V左右，另一個在4.5V左右，緊要歸因于Ni2+/Ni4+和Co3+/Co4+的2個電對，且容量可達250mAh/s為理論容量的91%。在2.3V~4.6V電壓范圍內，放電比容量為190mAh/g，100次循環后，可逆比容量比190mAh/g還要多。在2.8V～4.3V、

2.8V~4.4V和2.8V~4.5V電位范圍內進行電性能探測，放電比容量分別為159

mAh/g、168mAh/g和177mAh/g且在不同溫度下（55℃、75℃、95℃）和不同倍率放電時充放電，材料的結構變化均較小，具有良好的穩定性，高溫性能良好，但低溫性能有待改進。

鋰電池的安全性一直都是商業化的一個緊要掂量標準，在充電狀態下與電解液的熱效應是正極材料是不是適用于鋰電池的關鍵。

DSC探測結果聲明，充電后的LiNi1gCo1gMn1/3O2在250~350℃未發現尖峰，LiCoO2在160℃和210℃有2個放熱尖峰，LiNiO2在210℃有一個放熱尖峰。三元材料在這個溫度范圍內也有一些放熱和吸熱反應，但反應要溫柔得多。

2、三元鋰電池缺點：

三元材料動力鋰電池緊要有鎳鉆鋁酸鋰電池、鎳鉆錳酸鋰電池等，高溫結構不穩定，導致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進而引發故障，現時條件下造價也不低。

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