三元锂电池，到底是哪三元你知道吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-18 19:55
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关注新能源汽车的朋友对“三元锂电池”这个词并不陌生。这个三元不是指“三元牛奶”而是一种正极材料。用三元材料作为正极材料的动力锂电池近年来凭借其容量高、循环稳定性（电池寿命）好、成本适中等优点，逐渐替代了镍氢电池、钴酸锂电池、磷酸铁锂电池，成为目前市场上最主流的电池。今天，就来和大家聊一聊三元锂电池指的是哪三元。
三元锂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作用，从而稳定材料层状结构。
Mn作为非活性金属主要起到稳定反应提高安全性的作用。
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，但主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，起到稳定团队的作用防止羊互相打起来。
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型锂电池是汽车动力电池的主流型号，而622、811型锂电池也是我国的重要研究方向。
目前国内动力电池厂的三元电池产品的质量参差不齐，三元材料的稳定性本身相对于磷酸铁锂就弱势一些，再加上复杂的工艺要求，所以产能提高有限，还有很长的路要走。但三元锂电池未来一定是未来汽车动力电池的主流，至于原因开篇已经交代了！
三元电池优缺点
三元锂电池
三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，但是电压太低，用在手机上（手机截止电压一般在3.0V左右）会有明显的容量不足的感觉。
三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池，锂离子电池的正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。目前三元材料的电芯代替了之前广泛使用的钴酸锂电芯，在笔记本电池领域广泛使用。
在容量与安全性方面比较均衡的材料，循环性能好于正常钴酸锂，前期由于技术原因其标称电压只有3.5-3.6V，在使用范围方面有所限制，但到目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。
全球5大电芯品牌SANYO，PANASONIC，SONY，LG，SAMSUNG已推出三元材料的电芯，相当部分的笔记型电池线都用三元材料的电芯替换了之前的钴酸锂电芯，SANYO，SAMSUNG柱式电池方面更是全面停产钴酸锂电芯转向三元电芯的制造，目前国内外小型的高倍率动力电池大部分使用三元正极材料。
减少阳离子混合占位，稳定材料的层状结构，降低阻抗值，提高电导率，提高循环和倍率性能。可提高材料的容量（提高材料的体积能量密度），而由于Li和Ni相似的半径，过多的Ni也会因为与Li发生位错现象导致锂镍混排，锂层中镍离子浓度越大，锂在层状结构中的脱嵌越难，导致电化学性能变差。
不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现尖晶石相而破坏层状结构，使容量降低，循环衰减。
能量密度高是三元锂电池的*优势，而电压平台是电池能量密度的重要指标，决定着电池的基本效能和成本，电压平台越高，比容量越大，所以同样体积、重量，甚至同样安时的电池，电压平台比较高的三元材料锂电池续航时间更长。单体三元锂电池放电电压平台高达3.7V，磷酸铁锂为3.2V，而钛酸锂仅为2.3V，因此从能量密度角度来说，三元锂电池比磷酸铁锂，锰酸锂或者钛酸锂具有绝对优势。
安全性较差和循环寿命较短是三元锂电池的主要短板，尤其是安全性能，是一直限制其大规模配组，和大规模集成应用的一个主要因素。大量实测表明，容量较大的三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试，这也是大容量电池中一般都要多引入锰元素，甚至混合锰酸锂一起使用的原因。500次的循环寿命在锂电池中属于中等偏下，因此三元锂电池目前主要的应用领域是3C数码等消费类电子产品。
