鎳鈷錳三元材料是近年來開發(fā)的一類新型鋰離子電池正極材料，具有容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本適中等重要優(yōu)點(diǎn)，由于這類材料可以同時(shí)有效克服鈷酸鋰材料成本過高、錳酸鋰材料穩(wěn)定性不高、磷酸鐵鋰容量低等問題，在電池中已實(shí)現(xiàn)了成功的應(yīng)用，并且應(yīng)用規(guī)模得到了迅速的發(fā)展。

據(jù)披露，2014年中國鋰離子電池正極材料產(chǎn)值達(dá)95.75億元，其中三元材料為27.4億元，占有率為28.6%；在動(dòng)力電池領(lǐng)域，三元材料正強(qiáng)勢(shì)崛起，2014年上市的北汽EV200、奇瑞eQ、江淮iEV4、眾泰云100等均采用三元?jiǎng)恿﹄姵?/a>。

2015年上海國際車展，在新能源汽車中，三元鋰電池的占有率超過了磷酸鐵鋰電池成為一大亮點(diǎn)，包括吉利、奇瑞、長安、眾泰、中華等大部分國內(nèi)主流車企都紛紛推出采用三元?jiǎng)恿﹄姵氐男履茉窜囆?。許多專家預(yù)言：三元材料憑借其優(yōu)異的性能和合理的制造成本有望在不久的將來取代價(jià)格高昂的鈷酸鋰材料。

人們發(fā)現(xiàn)：鎳鈷錳三元正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，并且其性能隨著鎳鈷錳的比例的不同而變化，因此，出于進(jìn)一步降低鈷鎳等高成本過渡金屬的含量，以及進(jìn)一步提高正極材料的性能的目的；世界各國在具有不同鎳鈷錳組成的三元材料的研究和開發(fā)方面做了大量的工作，已經(jīng)提出了多個(gè)具有不同鎳鈷錳比例組成的三元材料體系。包括333，523，811體系等。一些體系已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

本文將較為系統(tǒng)地介紹近年來幾種主要的鎳鈷錳三元材料的最新研究進(jìn)展及其成果，以及人們?yōu)榱烁倪M(jìn)這些材料的性能而開展的摻雜、包覆等方面的一些研究進(jìn)展。

1鎳鈷錳三元正極材料結(jié)構(gòu)特征

鎳鈷錳三元材料通?？梢员硎緸椋篖iNixCoyMnzO2，其中x+y+z=1；依據(jù)3種元素的摩爾比(x∶y∶z比值)的不同，分別將其稱為不同的體系，如組成中鎳鈷錳摩爾比(x∶y∶z)為1∶1∶1的三元材料，簡稱為333型。摩爾比為5∶2∶3的體系，稱之為523體系等。

333型、523型和811型等三元材料均屬于六方晶系的α-NaFeO2型層狀巖鹽結(jié)構(gòu)，如圖1。

鎳鈷錳三元材料中，3種元素的的主要價(jià)態(tài)分別是+2價(jià)、+3價(jià)和+4價(jià)，Ni為主要活性元素。其充電時(shí)的反應(yīng)及電荷轉(zhuǎn)移如圖2所示。

一般來說，活性金屬成分含量越高，材料容量就越大，但當(dāng)鎳的含量過高時(shí)，會(huì)引起Ni2+占據(jù)Li+位置，加劇了陽離子混排，從而導(dǎo)致容量降低。Co正好可以抑制陽離子混排，而且穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)；Mn4+不參與電化學(xué)反應(yīng)，可提供安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)降低成本。