三元聚合物鋰電池

鋰離子電池是用鋰作負極活性物質的化學電池。鋰的標準電極電位最負，在金屬中比重最輕，反應活潑性最高，因而鋰電池的電動勢和比能量很高，是一種重要的高能電池。 鋰電池的正極活性物質有氧化物、硫化物、鹵化物、鹵素、含氧酸鹽等無機電極材料，如二氧化錳、二氧化硫、硫化銅、鉻酸銀、聚氟化碳、亞硫酰氯、碘等；也可以電子導電聚合物作正極材料，如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚咔唑等，又稱為聚合物電池。鋰電池的電解質為非水溶液、固體和熔融鹽。非水溶液電解質由有機溶劑或非水無機 溶劑加入無機鹽組成，採用的有機溶劑主要有碳酸丙烯酯、二甲基丙酰胺、乙腈、γ-丁內酯等；非水無機溶劑有亞硫酰氯、液體二氧化硫等。無機鹽有高氯酸鋰、氯化鋁鋰、氟硼酸鋰、溴化鋰等。因鋰和水接觸立即發生激烈反應， 所以不僅電解質不能採用水溶液，而且全部材料和零部件均需嚴格脱水，並可靠密封。鋰離子電池作為一種集高能量密度和高電壓為一體的儲能裝置，已廣泛應用於移動和無線電子設備、電動工具、混合動力和電動交通工具等領域 ^[1]  。

三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳或者鎳鈷鋁酸鋰的三元正極材料的鋰電池，鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中磷酸鐵鋰作為正極材料的電池充放電循環壽命長，但其缺點是能量密度、高低温性能、充放電倍率特性均存在較大差距，且生產成本較高，磷酸鐵鋰電池技術和應用已經遇到發展的瓶頸；錳酸鋰電池能量密度低、高温下的循環穩定性和存儲性能較差，因而錳酸鋰僅作為國際第1代動力鋰電的正極材料；而多元材料因具有綜合性能和成本的雙重優勢日益被行業所關注和認同，逐步超越磷酸鐵鋰和錳酸鋰成為主流的技術路線。三元材料的電芯代替了廣泛使用的鈷酸鋰電芯，在筆記本電池領域廣泛使用。

標稱容量：1250mAh

標準放電持續電流：0.2C

最大放電持續電流：1C

放電：-10~60℃

產品尺寸：MAX 9.5×35×52mm

成品內阻：≤150mΩ

引線型號：國標線UL1007/24#，線長55mm

過充保護電壓：每串4.325±0.025V

過放保護電壓：2.5±0.05V

過流值：2~6A或3-8A

在容量與安全性方面比較均衡的材料，循環性能好於正常鈷酸鋰，前期由於技術原因其標稱電壓只有3.5-3.6V，在使用範圍方面有所限制，隨着配方的不斷改進和結構完善，電池的標稱電壓已達到3.7V，在容量上已經達到或超過鈷酸鋰電池水平。

全球5大電芯品牌SANYO，PANASONIC，SONY，LG，SAMSUNG已推出三元材料的電芯，相當部分的筆記型電池線都用三元材料的電芯替換了之前的鈷酸鋰電芯，SANYO，SAMSUNG柱式電池方面更是全面停產鈷酸鋰電芯轉向三元電芯的製造，國內外小型的高倍率動力電池大部分使用三元正極材料。

具有層狀結構的LCO是早期主要的商用正極材料，其綜合性能優異，其理論比容量274mAh/g。但使用的Co金屬成本高且具有生理毒性，目前國內大多企業已停止對LCO的生產。鎳酸鋰(LiNiO2/LNO)具有與LCO相似的結構特徵，理論比容量(275mAh/g)，原料成本低，但其電子結構、磁性結構和局部結構仍存在很大爭議，實驗上還不能合成化學計量比的LiNiO2，所以純鎳正極並不理想。 ^[1]  用其他元素（如Co，Al，Mn等）取代部分Ni的富鎳層狀氧化物具有較大的可逆容量，是鎳基儲能領域眾多研究中最具吸引力的一種。Co的摻入顯著增強了鎳基正極材料的結構有序性，但會降低材料比容量，在Ni：Co=8：2時，所製備的LiNi_0.8Co_0.2O₂材料性能最優且陽離子混排程度低於2%，但性能受高温影響較大。富鎳層狀氧化物的容量和電位在長期的循環過程中會迅速衰減，不可避免地會影響能量的穩定輸出，少量Al的摻入能穩定材料結構同時提高材料熱穩定性，以增強其充放電過程中的循環能力和穩定性。NCA材料由於其優異的結構穩定性和高容量，是一種很有前途的材料。但是，NCA材料的循環性和倍率性能仍然限制了其大規模應用。層狀岩鹽正極材料由於結構缺陷影響電化學性能，鎳基化合物中常見的結構缺陷有多餘鎳、鋰鎳反位和氧空位缺陷。NCA三元材料也存在一些缺點，主要表現在以下兩個方面：

（1）在材料合成高温退火時，Ni較差的熱穩定性會導致其還原為Ni，由於Ni半徑（0.69Å）與Li半徑（0.76Å）相近，在充電過程中隨着Li的脱出，部分Ni會佔據Li的空位，造成鋰鎳反位缺陷，生成不可逆相，導致材料容量損失；

（2）高氧化態的Ni、Ni在高温條件下極不穩定，且易與電解液釋放的HF發生副反應，造成材料結構發生變化甚至坍塌，從而影響材料的比容量及循環性能。針對這些缺點，通常對材料進行改性處理，主要使用的改性方法可概括為表面包覆和體相摻雜。表面包覆是將包覆材料（碳及其衍生物、氧化物、磷酸鹽、鋰化物等）附着在正極材料表面，是一種十分簡單有效的改性方法，要求所使用的包覆材料具有較好的Li和電子傳輸性能，一方面可以提高NCA材料的電子電導率，進而改善材料的倍率性能；另一方面，包覆層可以減少NCA材料與電解液的直接接觸面積，降低電解液釋放的HF與材料的副反應發生的幾率，從而防止因正極材料被腐蝕造成的晶體結構坍塌，顯著提高電池在循環過程中的穩定性 ^[1]  。

在行業“里程焦慮”、“續航焦慮”背景下，長續航成為新能源汽車行業集中攻堅的頭號任務。當前解決這一問題主要有兩種技術路線，即三元聚合物鋰電池和磷酸鐵鋰電池。 ^[2]  其中磷酸鐵鋰電池為比亞迪汽車的研究方向，早期由於能量密度低，低温性能差等原因，較少採用，但經過改良後，目前已突破傳統磷酸鐵鋰電池的能量密度限制，達到了三元材料水平。鎳鈷錳三元聚合物鋰電池的能量密度高，目前應用最廣，但其造價高，若能在安全性上實現突破，未來仍將佔據市場主流。 ^[3] 

2022年上半年，我國動力電池裝車量110.1吉瓦時，同比增長109.8%。其中三元電池裝車量佔比41.4%，同比增長51.2%。 ^[4]