08.21 如何提高三元材料的安全性？

三元電池材料，是指由三種電極材料共融而成的複合電極材料，理論上兼具每種電極材料的特性和優勢。鎳鈷錳酸鋰（LiNixCoyMn1-x-yO2）是目前最主流的三元電池材料，也被認為是未來的發展趨勢。其以鈷鹽、錳鹽、鎳鹽為原料，通過調配鈷、錳、鎳三者的比例，來獲得不同的電極特性。

相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料，高鎳三元材料由於鎳元素比例的提高，在比能量上有更大的優勢。從333、532，到622，再到811（鎳、鈷、錳三者的比例），近年隨著研發的投入，三元材料高鎳進程“根本停不下來”。

然而隨著鎳含量的提高，三元電池安全性的問題也一直困擾著業界。從去年年初開始的動力電池路線選擇壓制三元電池，以及年末對三元電池的解禁。這些都和今後動力電池使用哪個材料體系更加安全息息相關。

隨著NCM能量密度的不斷提高，材料的熱穩定性會越來越差。下圖表述的是隨著Ni含量的升高材料的分解溫度逐漸下降。

目前，雖然發展高鎳三元電池材料的“調子”已定，為了在保持其高比能量的同時，兼顧循環壽命和安全性，國內材料和電池企業可謂是苦心造詣，其安全問題仍在持續解決中。專家表示，三元高鎳材料的安全性可以通過材料改性優化、表面包覆和調整電解液等方式來逐步解決。

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進行陶瓷氧化鋁的包覆，Al2O3通過形成Al-O-F和Al-F層可以消耗電池體系中的HF，充電電壓可以提高到4.5V。

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控制Ni的含量在合理的範圍(811當然比622更不穩定)。

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進行參雜其他金屬元素(Al，Mg，Ti，Zr)這些適當的參雜包覆可以提高材料的結構穩定性，熱穩定性以及循環的穩定性等。

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採取添加劑優化電解液，可以有效地促進電極材料表面上形成高質量的表面膜，同時抑制電解液的氧化分解。

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電解液中加入高沸點和閃點的阻燃添加劑，常見的有有機磷，氟代磷酸酯系列。

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陶瓷隔離膜的選擇，提高隔膜基材和塗層的厚度，使用新型的耐高溫收縮率低的無紡布材料等。

常見的還有不同正極材料的混合使用，達到優勢互補的效果，比如三元混合錳酸鋰改善電池的安全性。此外，業內人士指出，高鎳三元材料電池對製造環境、生產設備、電芯製造工藝等方面也提出了更高的要求。

目前，高鎳三元材料的安全性和生產工藝是電池研發和產業化的難點，這也是當前和今後一段時間電池研發的熱點方向。如能研究出更好的方法解決高鎳三元材料的安全性的問題，將極大地促進高能量密度三元材料的產業化進展，早日實現2020年鋰離子電池的單體能量密度為350Wh/kg的目標！