锂离子电池之三元电池相关知识介绍

动力电池主要有两种：磷酸铁锂电池和三元电池。从产量、销量、装车量三个维度统计，磷酸铁锂电池和三元电池在动力电池中的占比之和均超过99%。

从2004到2013年，磷酸铁锂电池占据汽车动力电池的主导地位。

但因为磷酸铁锂能量密度低，汽车制造企业逐渐增加三元电池的选用，2015年，磷酸铁锂电池和三元电池的市场份额平分秋色（个人理解：此时三元电池市场份额仍未超过磷酸铁锂电池市场份额）。

2018到2020年中国三元电池年产量超过磷酸铁锂电池产量，宁德时代凭借三元电池超越比亚迪。

2021年上半年，磷酸铁锂累计总产量（个人理解：2021年上半年总产量，不包括2021年前的产量）再次超过三元电池产量。

因为磷酸铁锂电池和三元电池市场份额（或产量）互有高下，所以课程介绍两者市场份额的未来趋势不容易预测。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》

三元正极材料一般是指镍钴锰酸锂正极材料（简称NCM）或镍钴铝酸锂正极材料（简称NCA）。其中每个字母对应相关的元素的化学式首字母，如下图所示。

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中国的三元锂电池主要使用NCM三元材料，NCM三元材料具有高容量低成本（相对钴酸锂）及原料来源丰富等优点，在小型锂电池市场和动力电池市场应用量增长具有潜力，目前已广泛应用于笔记本电脑、数码相机、电动工具、无人机、电动汽车各领域。

NCA三元材料在日本电芯企业中被更广泛使用。

与钴酸锂（LiCoO2）相同，NCM三元材料具有α-NaFeO2型层状晶体结构。因为NCM三元材料的分子量（某种物质含有1mol粒子时的质量，1mol粒子的数量为6.02×1023个）与钴酸锂接近，所以NCM三元材料的理论克容量也约为274mAh/g。

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与钴酸锂（LiCoO2）不同，NCM三元材料晶体结构中，部分含量的钴（Co）元素被镍（Ni）和锰（Mn）元素取代。形成了化学式为：

LiNixCoyMn（1-x-y）O2（x<1,y<1）

的固溶体（组成元素粒子分布在晶格中的合金状态）化合物。

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通常，在NCM三元材料中，镍（Ni）存在+2和+3价两种价态， 充电过程中镍的氧化态升高，形成氧化性强的Ni4+，在三元材料中承担主要的电化学反应和容量发挥（个人理解，容量发挥越高，放电量越多）。

钴（Co）为+3价，在高充电电压下（≥4.25V），可参与部分氧化反应且贡献一定量容量。钴还具有稳定晶体结构和改善电化学反应动力学（根据网络资料理解：电化学反应动力学是研究反应历程和反应速率控制的学科）的作用。

锰（Mn）一般为+4价，不参与氧化还原反应，主要具有稳定晶体结构的作用。

随着镍、钴、锰组成比例变化，三元材料的容量、安全性等诸多性能可在一定范围内调控。业内人士习惯于按照材料组成元素的比例为各种类型的三元材料命名，如NCM111表示镍、钴、锰三种元素的摩尔比（可表示镍、钴、锰三种元素的粒子数量的比值）为1：1：1。NCM532、NCM622所代表的三元材料类型以此类推。

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审核编辑：刘清