鋰離子電池三元材料是在鋰離子電池材料技術(shù)發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的新型鋰電池正極材料,由于具有一些相對(duì)優(yōu)勢(shì),鋰離子電池三元材料在市場(chǎng)應(yīng)用上展現(xiàn)出廣闊的前景。
鋰離子電池從正極材料來(lái)分有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料三種類型(除了動(dòng)力型的磷酸鐵鋰),所謂鋰離子電池三元材料就是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,由鎳鈷錳三種元素(三元)按不同比例混合后制成的電池正極材料。
鈷酸鋰的優(yōu)點(diǎn)明顯,但鈷金屬的價(jià)格高昂,錳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)是倍率性能好,成本低,但耐高溫性能和循環(huán)性能不佳,鋰離子電池三元材料則是綜合二者的優(yōu)點(diǎn),力求在成本和性能方面達(dá)到最高的性價(jià)比。
鋰離子電池三元材料制備分為兩個(gè)階段,第一階段是三元材料前軀體制備,包括對(duì)鎳鈷錳離子混合液的合成,混合液與沉淀劑的沉淀反應(yīng)及陳化、洗滌、過(guò)濾、干燥;第二階段就是鋰離子電池三元材料制備,包括鋰鹽與前軀體的混合、球磨與燒結(jié)過(guò)程。
根據(jù)三種元素在混合時(shí)的比例不同,目前,商業(yè)化的鋰離子電池三元材料主要有:(1)LiNi(1/3)Co(1/3)Mn(1/3)O2、 (2)LiNi(0.4)Co(0.2)Mn(0.4)O2(3)LiNi(0.5)Co(0.2)Mn(0.3)O2
其中,第一種是性能最佳的,在這種鋰離子電池三元材料在不同溫度及倍率下結(jié)構(gòu)變化較小,有很好的穩(wěn)定性,由于用鎳錳取代部分鈷材料,而具有相對(duì)的成本優(yōu)勢(shì),不過(guò)LiNi(0.4)Co(0.2)Mn(0.4)O2和LiNi(0.5)Co(0.2)Mn(0.3)O2因?yàn)椴捎酶俚拟捠沟脙r(jià)格更便宜,但前者的缺點(diǎn)是穩(wěn)定性有所下降,后都也因有一部分鎳以三價(jià)形式存在,控制不好的話比較容易吸水,也影響電池穩(wěn)定性。
總體來(lái)說(shuō),鋰離子電池三元材料的比較優(yōu)勢(shì)明顯:比容量高,循環(huán)壽命長(zhǎng),安全性能好,價(jià)格低廉,這來(lái)源于三種元素的協(xié)同效應(yīng):鈷可以減少陽(yáng)離子混合占位,穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu);鎳可以提高材料的容量;而錳可以降低成本,提高安全性。
由于技術(shù)還在發(fā)展中,目前的鋰離子電池三元材料還有兩個(gè)缺點(diǎn):一是平臺(tái)相對(duì)較低,二是首次充放電效率低。不過(guò),在比較優(yōu)勢(shì)的強(qiáng)烈吸引下,越來(lái)越多的電池生產(chǎn)廠家開(kāi)始對(duì)鋰離子電池三元材料產(chǎn)生興趣,正在準(zhǔn)備或者已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)鋰離子電池三元材料的生產(chǎn)