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據高工產研鋰電研究所(GGII)發表，2014年我國鋰離子電池正極資料產量達95.75億元，其間三元資料為27.4億元，占有率為28.6%；在動力電池范疇，三元資料正強勢興起，2014年上市的北汽EV200、奇瑞eQ、江淮iEV4、眾泰云100等均選用三元動力電池。

2015年上海世界車展，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變成一大亮點，包含吉祥、奇瑞、長安、眾泰、中華等大多數國內干流車企都紛繁推出選用三元動力電池的新能源車型。很多專家預言：三元資料憑仗其優良的功能和合理的制作本錢有望在不久的將來代替報價昂揚的鈷酸鋰資料。

大家發現：鎳鈷錳三元正極資猜中鎳鈷錳份額可在必定范圍內調整，并且其功能跟著鎳鈷錳的份額的不一樣而改變，因而，出于進一步下降鈷鎳等高本錢過渡金屬的含量，以及進一步進步正極資料的功能的意圖；世界各國在具有不一樣鎳鈷錳構成的三元資料的研究和開發方面做了很多的工作，現已提出了多個具有不一樣鎳鈷錳份額構成的三元資料系統。包含333，523，811系統等。一些系統現已成功地完成了工業化出產和使用。

這篇文章將較為系統地介紹這些年幾種首要的鎳鈷錳三元資料的最新研究進展及其效果，以及大家為了改進這些資料的功能而開展的摻雜、包覆等方面的一些研究進展。

1鎳鈷錳三元正極資料構造特征

鎳鈷錳三元資料一般能夠表示為：LiNixCoyMnzO2，其間x+y+z=1；根據3種元素的摩爾比(x∶y∶z比值)的不一樣，別離將其稱為不一樣的系統，如構成中鎳鈷錳摩爾比(x∶y∶z)為1∶1∶1的三元資料，簡稱為333型。摩爾比為5∶2∶3的系統，稱之為523系統等。

一般來說，活性金屬成分含量越高，資料容量就越大，但當鎳的含量過高時，會引起Ni2+占有Li+位置，加重了陽離子混排，然后導致容量下降。Co恰好能夠抑制陽離子混排，并且安穩資料層狀構造；Mn4+不參與電化學反響，可供給安全性和安穩性，一起下降本錢。

2鎳鈷錳三元正極資料制備技能的最新研究進展

固相法和共沉積法是傳統制備三元資料的首要辦法，為了進一步改進三元資料電化學功能，在改進固相法和共沉法的一起，新的辦法比如溶膠凝膠、噴霧干燥、噴霧熱解、流變相、焚燒、熱聚合、模板、靜電紡絲、熔融鹽、離子交換、微波輔佐、紅外線輔佐、超聲波輔佐等被提出。

固相法

三元資料創始人OHZUKU開始即是選用固相法組成333資料，傳統固相法因為僅簡略選用機械混合，因而很難制備粒徑均一電化學功能安穩的三元資料。為此，HE等、LIU等選用低熔點的乙酸鎳鈷錳，在高于熔點溫度下焙燒，金屬乙酸鹽成流身形，質料能夠極好混合，并且原猜中混入必定草酸以減輕聚會，制備出來的333，掃描電鏡圖(SEM)顯現其粒徑均勻散布在0.2～0.5μm左右，0.1C(3～4.3V)首圈放電比容量可達161mAh/g。TAN等選用選用納米棒作為錳源制備得到的333粒子粒徑均勻散布在150～200nm。

固相法制得的資料的一次粒子粒徑巨細在100～500nm，但因為高溫焙燒，一次納米粒子很容易聚會成巨細不一的二次粒子，因而，辦法自身尚待進一步的改進。

共沉積法

共沉積法是根據固相法而誕生的辦法，它能夠處理傳統固相法混料不均和粒徑散布過寬等疑問，經過操控質料濃度、滴加速度、拌和速度、pH值以及反響溫度可制備核殼構造、球形、納米花等各種描摹且粒徑散布比較均一的三元資料。

質料濃度、滴加速度、拌和速度、pH值以及反響溫度是制備高振實密度、粒徑散布均一三元資料的關鍵要素，LIANG等經過操控pH=11.2，絡合劑氨水濃度0.6mol/L，拌和速度800r/min，T=50℃，制備得到振實密度達2.59g/cm3，粒徑均勻散布的622資料(圖3)，0.1C(2.8～4.3V)循環100圈，容量堅持率高達94.7%。

鑒于811三元資料具有高比容量(可達200mAh/g，2.8～4.3V)，424三元資料則可供給優良的構造和熱安穩性的特色。有研究者企圖組成具有核殼構造的(核為811，殼層l為424)三元資料，HOU等選用散布沉積，先往接連拌和反響釜(CSTR)中泵入8∶1∶1(鎳鈷錳份額)的質料，待811核構成后在泵入鎳鈷錳份額為1∶1∶1的質料溶液，構成第一層殼層，然后再泵入組變成4∶2∶2的原溶液，終究制備得到核組變成811，具有殼組變成333、424的雙層殼層的循環功能優良的523資料。4C倍率下，這種資料循環300圈容量堅持率達90.9%，而選用傳統沉積法制備的523僅為72.4%。

HUA等選用共沉積法制備了線性梯度的811型，從顆粒內核至外表，鎳含量順次遞減，錳含量順次遞增，從表1可顯著看到線性梯度散布的811三元資料大倍率下放電容量和循環性顯著優于元素均勻散布的811型。

納米三元資料，其外表積大，Li+遷移途徑短、高的離子和電子電導、優良的機械強度等能夠極大改進電池大倍率下功能。

HUA等選用敏捷共沉積法制備了納米花狀的333型，3D納米花狀的333型不只縮短了Li+遷移途徑，并且其特別的外表描摹為Li+和電子供給了足夠多的通道，這也極好解說了為何該資料具有優良倍率功能(2.7～4.3V，20C快充下，放電比容量達126mAh/g)。

因氨水與金屬離子的優良絡合功能，共沉積法遍及選用氨水作為絡合劑，但氨水具有腐蝕性和刺激性，對人和水生動物均有害，即便在很低的濃度下(>300mg/L)，因而KONG等測驗選用低毒性的絡合劑草酸和綠色絡合劑乳酸鈉代替氨水，其間乳酸鈉作為絡合劑制備的523型資料，其0.1C、0.2C功能均優良于氨水作為絡合劑制備得到的523型。

溶膠凝膠法

溶膠凝膠法(sol-gel)最大長處是可在極短時刻內完成反響物在分子水平上均勻混合，制備得到的資料具有化學成分散布均勻、具有準確的化學計量比、粒徑小且散布窄等長處。

MEI等選用改進的sol-gel法：將檸檬酸和乙二醇參加到必定濃度鋰鎳鈷錳硝酸鹽溶液中構成溶膠，然后參加適當的聚乙二醇(PEG-600)，PEG不只作為分散劑，并且還作為碳源，一步組成了粒徑散布在100nm左右且碳包覆的核殼構造的333三元資料，1C循環100圈容量堅持率達97.8%(2.8～4.6V，首圈放電容量175mAh/g)。YANG等考察不一樣制備辦法(sol-gel、固相法和沉積法)對424型功能影響，充放電測驗結果表明：sol-gel法制備的424資料具有更高的放電容量。

模板法

模板法憑仗其空間限域效果和構造導向效果，在制備具有特別描摹和準確粒徑的資料上有著廣泛使用。

WANG等選用碳纖維(VGCFs)作為模板劑(圖4)，使用VGCFs外表—COOH吸附金屬鎳鈷錳離子，高溫焙燒制得納米多孔的333三元資料。

納米多孔的333型粒子一方面能夠極大縮短鋰離子分散途徑，另一方面電解液能夠滋潤至納米孔中為Li+分散增加另一通道，一起納米孔還能夠緩沖長循環資料體積改變，然后進步資料安穩性。以上這些長處使得333型在水系鋰離子電池上獲得超卓的倍率和循環功能：45C充放電，首圈放電比容量達108mAh/g，180C充電，3C放電，循環50圈，容量堅持率達95%。

XIONG等選用多孔MnO2作為模板劑，LiOH作為沉積劑，將鎳鈷沉積在MnO2孔道和外表上，在經過高溫焙燒制得333型，與傳統沉積法相比較，模板法制備得到的333三元資料具有更優良的倍率功能和安穩性。

噴霧干燥

噴霧干燥法因自動化程度高、制備周期短、得到的顆粒細微且粒徑散布窄、無工業廢水發生等優勢，被視為是使用遠景十分寬廣的一種出產三元資料的辦法。

OLJACA等選用噴霧干燥法制備了組變成333三元資料，在60～150℃高溫下，鎳鈷錳鋰硝酸鹽敏捷霧化，在短時刻內水分蒸騰，質料也敏捷混勻，終究得到的粉末在900℃焙燒4h即得到終究333三元資料。

OLJACA等以為經過操控質料熱解過程中的溫度和停留時刻，即可大大縮短乃至完全避免高溫焙燒，然后到達接連、大規劃、一步制備得到終究的資料；別的顆粒巨細調控可經過操控溶液濃度、噴嘴液滴巨細等要素。OLJACA等經過此法制備的資料0.2C放電比容量達167mAh/g，且10C大倍率下放電比容量達137mAh/g。

紅外、微波等新式焙燒辦法

紅外、微波等新式電磁加熱相對于傳統電阻加熱，可大大縮短高溫焙燒時刻一起可一步制備碳包覆的復合正極資料。

HSIEH等選用新式紅外加熱焙燒技能制備了三元資料，首先將鎳鈷錳鋰乙酸鹽加水混合均勻，然后參加必定濃度的葡萄糖溶液，真空干燥得到的粉末在紅外箱中350℃焙燒1h，然后在900℃(N2氛圍下)焙燒3h，一步制得碳包覆的333復合正極資料，SEM顯現該資料粒徑在500nm左右，有細微聚會，X射線衍射(XRD)譜圖顯現該資料具有良好的層狀構造；在2.8～4.5V電壓范圍內，1C放電50圈，容量堅持率高達94%，首圈放電比容量達170mAh/g(0.1C)，5C為75mAh/g，大倍率功能有待改進。

HSIEH等還測驗中頻感應燒結技能，選用200℃/min升溫速率，在較短的時刻內(900℃，3h)制備了粒徑均勻散布在300～600nm的333資料，該資料循環功能優良，但大倍率充放電功能有待完善。

從以上能夠看到，固相法雖技能簡略，但資料描摹、粒徑等難以操控；共沉積法經過操控溫度、拌和速度、pH值等可制備粒徑散布窄、振實密度高級電化學功能優良的三元資料，可是共沉積法需求過濾、洗刷等工序，發生很多工業廢水；溶膠凝膠法、噴霧熱解法和模板法得到的資料元素化學計量比準確可控、顆粒小且分散性好，資料電池功能優良，但這些辦法制備本錢高、技能雜亂。

sol-gel環境污染大，噴霧熱解廢氣需求收回處理，新式優良便宜的模板劑的制備有待開發；新式紅外和中頻加熱技能可縮短高溫焙燒時刻，但升溫、降溫速率難不易操控，且資料倍率功能有待改進。比如噴霧熱解、模板法、sol-gel等如能進一步優化組成技能，選用便宜質料，有望完成工業化大規劃使用。

鋰電池

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