三元锂离子电池的三元指的是镍(Ni)钴(Co)锰(Mn)三种元素。
而这三种元素中镍和钴是活性金属,锰不参与电化学反应。一般来说,活性金属成分含量越高,电池容量就越大,但当Ni的含量过高时,会引起Ni2+占据Li+的位置,加剧了阳离子混排,从而导致容量降低。
Co也是活性金属,但能起到抑制阳离子混排的用途,从而稳定材料层状结构。
Mn作为非活性金属重要起到稳定反应提高安全性的用途。
做一个不恰当的比喻,镍元素相当于《喜羊羊与灰太狼》中的沸羊羊,是羊村的实力担当,但不加限制可能会由于暴躁的性格闯祸,影响团队效率。
钴元素相当于美羊羊,虽然也有战斗力,但重要负责通过美貌改善团队氛围。
锰元素是慢羊羊,没有战斗力,是羊村的精神领袖,起到稳定团队的用途防止羊互相打起来。
镍钴锰三元材料通常可以表示为:LiNixCoyMnzO2,其中x+y+z=1。
人们发现,三元正极材料中镍钴锰比例可在一定范围内调整,并且其性能随着镍钴锰的比例的不同而变化。
通过大量的研究,世界各国提出了多个具有不同镍钴锰比例组成的三元材料体系,包括333,523,622,811体系等。
简单来讲第一个数字越大,电池的性能越强,生产难度越高,使用条件越苛刻。
最后一个数字越大,电池性能越差,生产成本也越低。
目前333、523型锂离子电池是汽车动力锂电池的主流型号,而622、811型锂离子电池也是我国的重要研究方向。