锂离子电池正极材料——三元材料2 概 述
近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如环境污染、石油资源急剧消耗等负面影响，各国都在积极开展采用清洁能源的电动汽车EV以及混合动力电动车HEV的研究。其中作为车载动力的动力电池成为EV和HEV发展的主要瓶颈。 电动汽车虽不能解决能源短缺的问题，但是能够解决环境污染的问题（雾霾）。3 概 述4 钴酸锂
传统正极材料——LiCoO2 优点：工作电压高、电压平稳、循环性能好、比能量高、适合大电流放电 缺点：实际容量仅为理论容量的50%左右（理论274mAh/g，实际140~155mAh/g）、抗过充性能差、钴资源匮乏、价格高 —主要应用于移动电子产品
尖晶石锰酸锂
锰资源丰富、廉价、成本低；耐过充性能好，安全性好 循环性能差、比容量低
磷酸铁锂
安全性好、成本低、无毒无污染、放电平台稳定 电压低、能量密度低、电导率低、振实密度低
概 述5 LiNixCoyMnzO2
三元协同效应
Co，减少阳离子混合占位，稳定层状结构 Ni，可提高材料的容量 Mn，降低材料成本，提高安全性和稳定性
概 述6 比容量高 循环寿命长 安全性能好 价格低廉
平台相对较低 首次充放电效率低
概 述7 目前商业化三元材料
概 述8 各元素的作用
Co元素 Co含量增加能有效减少阳离子混排，降低阻抗值，提高电导率和改善充放电循环性能，但随着Co含量增加，材料的可逆嵌锂容量下降，成本增加 Ni元素 Ni的存在有利于提高材料的可逆嵌锂容量，但过多的Ni会使材料的循环性能恶化 Mn元素 Mn不仅可以降低材料的成本，而且稳定结构，提高材料的稳定性和安全性。Mn的含量太高会出现尖晶石相而破坏材料的层状结构。
概 述9 研究方向 寻求合适的Ni、Co、Mn配比 提高振实密度（NCM的压实密度低3.6g/cm3；LCO为3.9g/cm3） 高温胀气，尤其是高Ni时 稳定性和倍率性能差——离子掺杂、表面包覆
概 述
10 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2属于α-NaFeO2层状结构，即六方晶型，R-3m空间群。Li+位于3a位，过渡金属离子M(M=Mn, Co, Ni)位于3b位；O位于6c位，为立方紧密堆积，与过渡金属离子M构成MO6八面体，过充时LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2(x<0.15)呈现一种核壳结构，核是菱形六面体结构，壳是CdI2结构，使释放氧的温度提高，从而使该材料具有更好的热稳定性。
结 构
11
在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元材料中，Ni、Co、Mn分别以+2、+3、+4价存在，也存在少量的Ni3+和Mn3+ 充放电过程中除了有Co3+/4+的转变外，还存在Ni 2+/3+和Ni 4+/3+的电子转移，使材料具有更高的比容量，Mn4+的存在稳定了结构。理论容量278mAh/g。
结 构
12
制备方法
13
高温固相法 一般以镍钴锰和锂的氢氧化物或碳酸盐或氧化物为原料，按相应的物质的量配制混合，在700~1000℃煅烧，得到产品。该方法主要采用机械手段进行原料的混合及细化，易导致原料微观分布不均匀，使扩散过程难以顺利地进行，同时，在机械细化过程中容易引入杂质，且煅烧温度高，煅烧时间长，能耗大，锂损失严重，难以控制化学计量比，易形成杂相，产品在组成、结构、粒度分布等方面存在较大差异，因此电化学性能不稳定。
制备方法
14