新能源动力电池三元材料及其发展趋势

【动力电池材料】随着动力电池市场的快速发展，传统的LCO材料正在逐渐被三元正极材料所取代，包括特斯拉在内的众多新能源汽车厂商为了更长的续航里程，纷纷采用了三元体系的动力电池，其中特斯拉采用的就是由日本松下提供的NCA体系的18650电池和21700电池。三元材料之所以被称之为三元材料主要是因为其中过渡金属元素主要有三种，目前主流的三元材料主要有两类：LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM) 和LiNixCoyAl1-x- yO2(NCA)，三元材料的容量随着镍含量的增加而提高，NCM622材料的比容量可以达到170mAh/g左右，NCM811材料的比容量则可以达到190mAh/g以上，远高于传统的LCO材料，同时三元材料中的Co含量大幅降低，使得材料的价格显著降低，同时三元材料相比于LCO材料还具有更好的循环寿命，这些优势使得三元材料在动力电池领域迅速站稳了脚跟。

三元材料的镍、钴、锰三种元素的不同配置可为材料带来不同的性能

1、镍的作用在于提高增加材料的体积能量密度，但镍含量高(即高镍)的三元材料也会导致锂镍混排,从而造成锂的析出；

2、钴的作用在于可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能，但过高的钴含量会导致实际容量降低；

3、锰的作用在于降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性，但过高的锰含量会破坏材料的层状结构，使材料的比容量降低；

所以在以后材料发展中，在保持锰不变的前提下，提高镍含量，降低钴含量，这个是成本及度容量性能的综合考虑。

镍钴锰（NCM）VS 镍钴铝（NCA）

理论上，镍钴铝除能量密度占优，一致性持平，其余3项都不如镍钴锰，作为动力电池来说，镍钴铝最大瓶颈就是安全性不足，镍钴锰则5项指标比较均衡，没有突出的缺点，国内的电池厂做三元的普遍都是走的这个路线，代表厂家就是宁德时代和比亚迪。

      目前三元材料的发展趋势主要有以下几点：

1. 高镍化

这一点不难理解，三元材料的比容量随着Ni含量的提升而提升，为了获得更高的容量，提升Ni含量是最有效的办法，目前NCM811的技术已经相对比较成熟，材料的比容量可达190mAh/g以上，为了进一步提升材料的比容量，广大材料厂家正在开发Ni含量达到0.9，甚至更高的三元体系材料。

2. 单晶材料

高镍三元材料虽然容量很高，但是高镍三元材料的晶体结构稳定性较差，特别是在高电压下容易发生析氧反应，引起材料的表面相变，单晶化是解决这一问题的有效方法，单晶材料能够有效的提升材料自身的结构稳定性，同时较小的比表面积也能够减少界面副反应的发生，从而显著的提升材料的循环性能。