三元锂正极材料结构和特点
三元材料是过去几年的热点,其中Ni成分,可以提高材料活性,提高能量密度;Co成分也是活性物质,既能稳定材料的层状结构,又能减小阳离子混排,便于材料深度放电,从而提高材料的放电容量;Mn成分,在材料中起到支撑用途,供应充放电过程中的稳定性。三元锂,基本上综合体现了几种材料的优点。
在三元材料这个大的类别下面,材料中三种金属元素比例不同,可以看成不同种类的三元材料。一类是Ni:Mn等量型,第二类是Ni:Mn不等量型。
等量型的代表是NCM424和NCM111。在充放电过程中,+4价的Mn不变价,在材料中起到稳定结构的用途,+2价的Ni变为+4价,失去两个电子,使得材料有着高的比容量。
Ni、Mn不等量型,就是本文的主角,又叫高镍型三元锂,重要的代表型号是NCM523,NCM622和NCM811。富镍型三元材料在电压平台低于4.4V(相关于Li+/Li)时,一般认为重要是Ni为+2/+3价参与氧化还原反应,化合价升高到+4价。当电池电压高于4.4V时,Co3+参与反应变为+4价,Mn4+不参加反应起稳定结构用途。