鎳鈷錳酸鋰(NCM)材料中,鎳、鈷、錳三元素通過(guò)協(xié)同作用優(yōu)化電池性能,具體分工如下:
鎳(Ni)
通過(guò) + 2 價(jià)與 + 3 價(jià)的氧化還原反應(yīng)提供高容量,提升電池能量密度。鎳含量增加可顯著提高材料比容量(如 NCM811 比 NCM523 容量高約 20%),但會(huì)降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,需通過(guò)摻雜(如鋁、鎂)或表面包覆(如 Al?O?)技術(shù)改善高溫循環(huán)性能。
鈷(Co)
通過(guò) + 3 價(jià)與 + 4 價(jià)的氧化還原反應(yīng)穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu),抑制充電過(guò)程中 Li/Ni 混排,延長(zhǎng)循環(huán)壽命。鈷還能提升材料電子導(dǎo)電性,增強(qiáng)倍率性能(如快充能力)。但鈷資源稀缺且成本高,目前行業(yè)趨勢(shì)是降低鈷含量(如 NCM622→NCM811)或?qū)ふ姨娲兀ㄈ玷F、鈦)。
錳(Mn)
以 + 4 價(jià)穩(wěn)定存在于結(jié)構(gòu)中,提供熱力學(xué)穩(wěn)定性和安全性。錳可抑制析鋰反應(yīng),降低熱失控風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)提高材料抗衰減能力。高錳材料(如 NCM333)成本較低,但容量受限,需通過(guò)納米化或梯度設(shè)計(jì)平衡性能。
協(xié)同效應(yīng)
三元素按比例調(diào)配(如 NCM523、622、811)可實(shí)現(xiàn)性能平衡:鎳主導(dǎo)容量,鈷優(yōu)化結(jié)構(gòu),錳保障安全。例如,NCM811 通過(guò)高鎳提升能量密度,但需依賴鈷錳維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;而 NCM622 在容量、壽命和成本間取得折中。
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