[摘要]隨著國內(nèi)市場對高比能量電芯的需求越來越迫切，各大電芯廠和材料廠商勢必要加快推進(jìn)高鎳材料產(chǎn)業(yè)化。關(guān)于從業(yè)人員而言，正確認(rèn)識和深刻理解高鎳三元電池的機(jī)理與應(yīng)用是做出具有競爭力產(chǎn)品的第一步！

三元523811理論比能量相同？

不同比例的三元正極材料的理論容量跟鎳含量有什么關(guān)系？理論三元材料的容量計(jì)算，如下為各三元材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算：

三元523的理論克容量計(jì)算

三元523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)理論克容量計(jì)算

三元523相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.5545g/mol

1g的三元523物質(zhì)的量：

1g÷96.5545g/mol=0.01035685mol

1g的三元523供應(yīng)的電荷量：

0.01035685mol×96485.3383C/mol=999.284176C

換算單位：999.284176C÷3.6C=277.58mAh

那么理論克容量約為280mAh/g

三元811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)理論克容量計(jì)算

NiCoMn的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)差不多，所以理論上523和811的理論克容量也相差無幾。

理論與實(shí)際克容量

那么問題來了，為何三元材料理論克容量相同的情況下，811比523具有更高的克容量呢？

原來容量和鎳、鈷的總含量相關(guān)，更確切的說，由于鈷的含量一般是變化比較少的通常是0.2或0.3，那么最直接相關(guān)的就是鎳的含量，由于鎳在三元材料里面的價(jià)態(tài)呈現(xiàn)+2和+3兩種價(jià)態(tài)，當(dāng)有鋰離子脫出的時(shí)候過渡金屬鎳發(fā)生變價(jià)來達(dá)到荷電平衡。正是由于Ni的這種多價(jià)態(tài)表現(xiàn)，它可以從+2變到+3，再由+3變到+4價(jià)，所以，鎳含量越高，能夠脫出的鋰離子也就越多。

假如從能級分布來說的話，就是鎳含量高的時(shí)候，過渡金屬外層3D電子的能級和氧元素的2P軌道重疊度較大，所以能夠脫出更多的鋰離子，從而容量更高！

三元材料的容量會(huì)隨著截止電壓的升高而升高，比如假如你的電壓范圍在3.0-4.2V范圍內(nèi)的話，那么三元材料內(nèi)的鋰離子脫出數(shù)量大概為0.45-0.55mol左右，假如你提高放電電壓至4.5V的話，那么脫出的鋰離子量可能會(huì)達(dá)到0.60mol，而材料的容量與鋰離子的潛入脫出數(shù)量是有很大關(guān)聯(lián)的。因此正極脫出的鋰離子越多，那么正極材料的克容量發(fā)揮就越大，單位質(zhì)量材料放出的容量就越多，電池的容量也就越大。

sun等小組人員用半電池（Li作為負(fù)極），在3~4.3V，25℃20mA/g（0.1C）條件下不同Ni，Co，Mn含量Li[NixCoyMnz]O2(x=1/3、0.5、0.6、0.7、0.8和0.85)的比容量。研究結(jié)果表明隨著Ni含量的新增，比容量新增，測試結(jié)果如下圖

隨著國內(nèi)市場對高比能量電芯的需求越來越迫切，各大電芯廠和材料廠商勢必要加快推進(jìn)高鎳材料產(chǎn)業(yè)化。關(guān)于從業(yè)人員而言，正確認(rèn)識和深刻理解高鎳三元的機(jī)理與應(yīng)用是做出具有競爭力產(chǎn)品的第一步！

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