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三元正極材料：鎳鈷錳鋁如何構建電池 “能量密碼”？

2025-01-16 來源：長江有色金屬網發布人: rlc666

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摘要：三元材料鎳鈷錳鋁

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三元正極材料主要是指鎳鈷錳酸鋰（NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA），其中鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）或鋁（Al）三種元素發揮著不同的關鍵作用：
鎳（Ni）
提升容量：鎳是提高電池能量密度的關鍵元素。隨著鎳含量的增加，正極材料的可逆比容量會顯著提高。例如，在 NCM 材料中，高鎳含量（如 NCM811，鎳含量約為 80%）能夠使電池的能量密度得到大幅提升，這對于延長電動汽車的續航里程至關重要。因為更高的能量密度意味著在相同的電池體積或重量下，可以儲存和釋放更多的電能。
影響循環性能和穩定性：不過，鎳含量的增加也會在一定程度上影響電池的循環性能和熱穩定性。高鎳材料在充放電過程中可能會出現結構變化和金屬離子溶解等問題，從而導致電池容量的衰減加快。因此，需要通過優化材料結構和電池管理系統等措施來平衡鎳帶來的高能量密度和潛在的穩定性問題。
鈷（Co）
穩定材料結構：鈷在三元正極材料中起到穩定材料層狀結構的重要作用。它可以抑制正極材料在充放電過程中的相變，使得晶體結構能夠保持良好的完整性。例如，在 NCM 和 NCA 材料中，鈷有助于維持鎳和錳（或鋁）離子在晶格中的有序排列，從而保證電池在多次充放電循環后依然能夠正常工作。
提高導電性：鈷能夠增強正極材料的電子導電性。電池的充放電過程本質上是電子和離子的傳輸過程，良好的導電性可以降低電池的內阻，減少極化現象，提高電池的充放電效率和倍率性能。這意味著電池能夠在更短的時間內完成充電或放電，并且在高倍率放電（如電動汽車的加速過程）時也能提供穩定的電力輸出。
錳（Mn）或鋁（Al）
提升安全性和穩定性（錳）：在 NCM 材料中，錳主要用于提高電池的安全性和熱穩定性。錳可以降低材料的成本，并且通過抑制鋰鎳混排來改善材料的結構穩定性。在充放電過程中，錳的存在可以減少氧氣的釋放，從而降低電池發生熱失控的風險。例如，在一些高鎳低鈷的 NCM 材料體系中，錳的作用更加凸顯，有助于在保證高能量密度的同時，提高電池的安全性能。
增強熱穩定性（鋁）：對于 NCA 材料中的鋁元素，它的主要作用是增強材料的熱穩定性。鋁能夠與鎳、鈷形成穩定的化學鍵，減少材料在高溫環境下的結構坍塌和副反應的發生。這使得 NCA 材料在高溫工作條件下（如電動汽車在高溫環境下行駛或充電）能夠保持較好的性能，減少電池性能的衰退和安全隱患。

（以上觀點僅供參考，不做為入市依據）長江有色金屬網

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