命名規(guī)則

習慣上我們說三元材料一般是指鎳鈷錳酸鋰NCM正極材料(實際上也有負極三元材料)，Ni,Co,Mn,三種金屬元素可以按照不同的配比得出不同種類的三元材料。

通式為LiNi1-x-yCoxMnyO2，常見的配比有111,424,523,622,811，大家注意注意以上比例的排序是N:C:M，中國和國外的叫法不一樣。

此外要說的一點就是NCA材料雖然經(jīng)常和NCM一起被提及，但準確的說算是二元高Ni材料，不能列為三元材料。

合成方法對比

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充電溫度：0~45℃
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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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化學共沉淀法：一般是把化學原料以溶液狀態(tài)混合，并向溶液中加入適當?shù)某恋韯?，使溶液中已?jīng)混合均勻的各個組分按化學計量比共沉淀出來，或者在溶液中先反應沉淀出一種中間產(chǎn)物，再把它煅燒分解制備出微細粉料。

化學共沉淀法分為直接化學共沉淀法和間接化學共沉淀法。

直接化學共沉淀法是將Li、Ni、Co、Mn的鹽同時共沉淀，過濾洗滌干燥后再進行高溫焙燒。間接化學共沉淀法是先合成Ni、Co、Mn三元混合共沉淀，然后再過濾洗滌干燥后，與鋰鹽混合燒結;或者在生成Ni、Co、Mn三元混合共沉淀后不經(jīng)過過濾而是將包含鋰鹽和混合共沉淀的溶液蒸發(fā)或冷凍干燥，然后再對干燥物進行高溫焙燒。

與傳統(tǒng)的固相合成技術相比，采用共沉淀方法可以使材料達到分子或原子線度化學計量比混合，易得到粒徑小、混合均勻的前驅(qū)體，且煅燒溫度較低，合成產(chǎn)物組分均勻，重現(xiàn)性好，條件容易控制，操作簡單，商業(yè)化生產(chǎn)采用此方法。

固相合成法：一般以鎳鈷錳和鋰的氫氧化物或碳酸鹽或氧化物為原料，按相應的物質(zhì)的量配制混合，在700~1000℃煅燒，得到產(chǎn)品。該方法主要采用機械手段進行原料的混合及細化，易導致原料微觀分布不均勻，使擴散過程難以順利地進行，同時，在機械細化過程中容易引入雜質(zhì)，且煅燒溫度高，煅燒時間長，反應步驟多，能耗大，鋰損失嚴重，難以控制化學計量比，易形成雜相，產(chǎn)品在組成、結構、粒度分布等方面存在較大差異，因此電化學性能不穩(wěn)定。

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溶膠-凝膠法：先將原料溶液混合均勻，制成均勻的溶膠，并使之凝膠，在凝膠過程中或在凝膠后成型、干燥，然后煅燒或燒結得所需粉體材料。溶膠凝膠技術需要的設備簡單，過程易于控制，與傳統(tǒng)固相反應法相比，具有較低的合成及燒結溫度，可以制得高化學均勻性、高化學純度的材料，但是合成周期比較長，合成工藝相對復雜，成本高，工業(yè)化生成的難度較大。

三種元素的作用和優(yōu)缺點

↑NCM622材料結構示意圖

引入3+Co：減少陽離子混合占位，穩(wěn)定材料的層狀結構，降低阻抗值，提高電導率，提高循環(huán)和倍率性能。

引入2+Ni：可提高材料的容量(提高材料的體積能量密度)，而由于Li和Ni相似的半徑，過多的Ni也會因為與Li發(fā)生位錯現(xiàn)象導致鋰鎳混排，鋰層中鎳離子濃度越大，鋰在層狀結構中的脫嵌越難，導致電化學性能變差。

↑圖中(b)給出了Ni和Li的混排示意圖

引入4+Mn：不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩(wěn)定性。但過高的Mn含量會容易出現(xiàn)尖晶石相而破壞層狀結構,使容量降低，循環(huán)衰減。

三元材料的高PH來自哪里有什么影響?

我們都知道高Ni三元材料是未來高能量密度動力電池的應用方向可是為何一直用不好呢?這其中一個最重要的原因就是材料堿性大，漿料吸水后極容易造成果凍。其對生產(chǎn)環(huán)境和工藝控制能力的要求，我們壓根就用不好。降低表面殘堿含量對于三元材料在電池里的應用具有非常重要的意義。

這是因為三元材料合成中鋰鹽過量，多余的鋰鹽在高溫煅燒后的產(chǎn)物主要是Li的氧化物，與空氣中的H2O和CO2反應再次生成LiOH和Li2CO3，殘留在材料表面，使材料的pH值較高。此外在高Ni體系中由于化合價平衡的限制，使材料中Ni有一部分以3+的形式存在，而多余的Li在材料表面易形成LiOH和Li2CO3，Ni含量越高表面含堿量越大，勻漿和涂布過程中越容易吸水造成漿料果凍狀。

同時,需要注意的是這些殘留的鋰鹽不僅電化學活性較大,而且因碳酸鋰等在高壓下分解導致電池充放電過程中電池的產(chǎn)氣現(xiàn)象。

如何降低三元材料的PH?

一般從源頭來控制前驅(qū)體的PH和生產(chǎn)環(huán)境，降低鋰鹽比例，調(diào)整燒結制度，讓鋰能快速擴散到晶體內(nèi)部。對材料水洗，然后二次燒結降低表面殘堿含量，但相應的會損失一部分電性能。表面包覆也是降低三元材料表面殘堿含量的有效方法。

三元材料改性方法?

用金屬氧化物(Al2O3，TiO2，ZnO，ZrO2等)修飾三元材料表面，使材料與電解液機械分開，減少材料與電解液副反應，抑制金屬離子的溶解，ZrO2、TiO2和Al2O3氧化物的包覆能阻止充放電過程中阻抗變大，提高材料的循環(huán)性能，其中ZrO2的包覆引發(fā)材料表面阻抗增大幅度最小，Al2O3的包覆不會降低初始放電容量。

如何提高三元材料的安全性?

如何提高三元材料的安全性，簡單說幾點比較重要的：首先從三元材料本身來講，進行陶瓷氧化鋁的包覆，控制Ni的含量在合理的范圍，其次在和電池體系中其他材料的配合上也要下功夫研究，例如電解液添加劑的匹配，陶瓷隔離膜的選擇等。