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鎳鈷錳三元正極材料的概述以及燒結(jié)產(chǎn)業(yè)化進程

發(fā)布時間：2020.07.27

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鎳鈷錳三元正極材料是由鎳、鈷、錳3種過渡金屬元素組成的前驅(qū)體，與鋰源(如碳酸鋰、氫氧化鋰等)在高溫下燒結(jié)而成，其結(jié)構(gòu)式為LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x<0.5, 0<y<0.5)，與LiCoO2具有相似的層狀結(jié)構(gòu)，屬六方晶系，a-NaFeO2型巖鹽結(jié)構(gòu)，空間群為R-3m。
Lit占據(jù)3a位，過渡金屬鎳鈷錳占據(jù)3b位，氧離子占據(jù)6c位。Ni、Co、Mn在材料中價態(tài)分別為+2、+3、+4價，均價為+3價，主要是鎳鈷參與氧化還原反應(yīng)(Nif+Ni和Cot/Co+t)。鎳元素屬于活性物質(zhì)，影響電池可逆容量;但Ni2t的半徑(r (Ni2t)=0.69A)與Li+的半徑(r (Lit)=0.76A)相差不大，容易產(chǎn)生鋰離子和鎳離子的混排，影響鋰離子的脫嵌，從而影響電池的循環(huán)與倍率性能。
鈷元素能穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)，有效減少陽離子的混排，提高材料的導(dǎo)電性，便于深度放電，有利于提高電池的放電倍率;但是鈷本身有毒而且屬于稀缺金屬，鈷含量增加會增加電池制造成本。錳元素在體系中是Mn4+，呈化學(xué)惰性起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，提高電池的安全性，價格便宜能降低電池制作成本;錳容易發(fā)生Jain-Teller效應(yīng)，致使結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變破壞層狀結(jié)構(gòu)，錳含量過高還會降低電池克容量。因此，NCM三元材料綜合了LiCoO2、 LiNiO2和LiMnO2三種材料的優(yōu)點。三元正極材料理論容量約275~ ~278mAh/g，按鎳鈷錳比例有多種不同的配方如: 424、111 (333) 、523、622、712、811 等，得到的實際容量有所不同。目前國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化進程是424-→111 (333) -→523-→622，國外的產(chǎn)業(yè)化進程是424-→111(333) - >523-→622- →811。高鎳、去鈷化是NCM三元材料的必然趨勢，需用鳳谷連續(xù)燒結(jié)爐焙燒粉體材料，類似622、811型的高鎳NCM三元材料是我國未來發(fā)展的主要方向。