锂离子电池三元正极材料的性能

 层状镍钴锰复合正极材料是一种极具发展前景的材料，与LiCoO2：、LiNiO2：和LiMnO2：相比，具有成本低、放电容量大、循环性能好、热稳定性好、结构比较稳定等优点。1999年Liu[1]等人首先提出不同组分的三元层状Li(Ni，Co，Mn)O2材料，NCM比分别为721、622和523，之后2001年由Ohzuku和Makimurac2]提出Ni和Mn等量的Li(N11/3Col／3Mn．／3)0：材料。三元材料通ii:Ni-Co-Mn的协同效用，结合了三种材料的优点：LiCoO2的良好循环性能，LiNiO2的高比容量和LiMnO2：的高安全性及低成本等，已成为目前最具有发展前景的新型锂离子电池正极材料之一。

    三元材料随着Ni-Co-Mn三种元素比例的变化显示出不同的性能，衍生出了多种正极材料。三元材料大致可以分为两类：

    一类是Ni：Mn等量型，如LiNi0.33C00.33Mn0.3302（111型），LiNi0.4C00.2Mn0.402（424型）。这类材料中Co为+3价，Ni为+2价，Mn为+4价，在充放电过程中+4价的Mn不变价，在材料中起着稳定结构的作用，充电道程中Ni2+会被氧化成Ni4+，失去2个电子，保持了材料的高容量特性。还有一类为富镍类型，LiNio.sCoo：Mno。02 (523型)，LiNi0.6Co。：Mn。：0：（622型），LiNio.8Coo．．Mn0.102（811型）等，这类材料中Co为+3价，Ni为+2/+3价，Mn为+4价。充放电过程中，Ni2+/3+、C03+发生氧化，Mn4+不发生变化，在材料中起着稳定结构的作用。3种元素在材料中起不同的作用。充电电压低于4.4V（相对于Li+/Li）时，一般认为主要是Ni2叫针参与电化学反应，形成N14+；继续充电，在较高电压下，C03‘参与反应，材料中出现Co针。因此，在4.4V以下充放电时，Ni含量越高，材料可逆比容量越大。Co含量显著影响材料的离子导电性，Co含量越高，材料离子导电性越好，充放电倍率性越好口】。NCA也属于高镍三元材料，只不过在NCA中，Al抖替代了Mn4+，在NCA中Co、Ni、Al均为+3价，充放电过程中Al3+保持不变价，也起到稳定结构的作用。

    不同组分的三元材料理论比容量有差异，大致为280mA．h-g．左右，不同组分的三元材料在2.7～4.2V<相对于Li+/Li）电压范围放电比容量不同。Ni含量高，实际放电比容量会高。可见随着三元材料中Ni含量的增加放电比容量由160ⅡrA．h．g一，增加到200mA·h·g-1以上，但热稳定性和容量保持率都有所降低。