正極三元材料NCM523,、NCM811究竟誰的克容量更高？為什么正極材料都趨向高鎳低鈷,？

三元523 811理論比能量一樣?

■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算,，如下為各三元材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算

三元523的理論克容量計算

三元523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)理論克容量計算

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提供的電荷量：

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,。

理論與實際克容量

那么問題來了,，為什么三元材料理論克容量一樣的情況下，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態(tài)呈現(xiàn)+2和+3兩種價態(tài)，當(dāng)有鋰離子脫出的時候過渡金屬鎳發(fā)生變價來達(dá)到荷電平衡,。正是由于Ni的這種多價態(tài)表現(xiàn),，它可以從+2變到+3，再由+3變到+4價,，所以,，鎳含量越高，能夠脫出的鋰離子也就越多,。

如果從能級分布來說的話,，就是鎳含量高的時候，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!

三元材料的容量會隨著截止電壓的升高而升高，比如如果你的電壓范圍在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,，如果你提高放電電壓至4.5V的話，那么脫出的鋰離子量可能會達(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含量的增加,，比容量增加,，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,。對于從業(yè)人員而言,，正確認(rèn)識和深刻理解高鎳三元的機理與應(yīng)用是做出具有競爭力產(chǎn)品的第一步!

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