鎳鈷錳三元材料是近年來開發(fā)的一類新型鋰離子電池正極材料，具有容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本適中等重要優(yōu)點，由于這類材料可以同時有效克服鈷酸鋰材料成本過高、錳酸鋰材料穩(wěn)定性不高、磷酸鐵鋰容量低等問題，在電池中已實現(xiàn)了成功的應用，并且應用規(guī)模得到了迅速的發(fā)展。

據(jù)披露，2014年中國鋰離子電池正極材料產(chǎn)值達95.75億元，其中三元材料為27.4億元，占有率為28.6%；在動力電池領域，三元材料正強勢崛起，2014年上市的北汽EV200、奇瑞eQ、江淮iEV4、眾泰云100等均采用三元動力電池。

2015年上海國際車展，在新能源汽車中，三元鋰電池的占有率超過了磷酸鐵鋰電池成為一大亮點，包括吉利、奇瑞、長安、眾泰、中華等大部分國內(nèi)主流車企都紛紛推出采用三元動力電池的新能源車型。許多專家預言：三元材料憑借其優(yōu)異的性能和合理的制造成本有望在不久的將來取代價格高昂的鈷酸鋰材料。

人們發(fā)現(xiàn)：鎳鈷錳三元正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，并且其性能隨著鎳鈷錳的比例的不同而變化，因此，出于進一步降低鈷鎳等高成本過渡金屬的含量，以及進一步提高正極材料的性能的目的；世界各國在具有不同鎳鈷錳組成的三元材料的研究和開發(fā)方面做了大量的工作，已經(jīng)提出了多個具有不同鎳鈷錳比例組成的三元材料體系。包括333，523，811體系等。一些體系已經(jīng)成功地實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應用。

本文將較為系統(tǒng)地介紹近年來幾種主要的鎳鈷錳三元材料的最新研究進展及其成果，以及人們?yōu)榱烁倪M這些材料的性能而開展的摻雜、包覆等方面的一些研究進展。

1鎳鈷錳三元正極材料結(jié)構(gòu)特征

鎳鈷錳三元材料通?？梢员硎緸椋篖iNixCoyMnzO2，其中x+y+z=1；依據(jù)3種元素的摩爾比(x∶y∶z比值)的不同，分別將其稱為不同的體系，如組成中鎳鈷錳摩爾比(x∶y∶z)為1∶1∶1的三元材料，簡稱為333型。摩爾比為5∶2∶3的體系，稱之為523體系等。

333型、523型和811型等三元材料均屬于六方晶系的α-NaFeO2型層狀巖鹽結(jié)構(gòu)，如圖1。

鎳鈷錳三元材料中，3種元素的的主要價態(tài)分別是+2價、+3價和+4價，Ni為主要活性元素。其充電時的反應及電荷轉(zhuǎn)移如圖2所示。

一般來說，活性金屬成分含量越高，材料容量就越大，但當鎳的含量過高時，會引起Ni2+占據(jù)Li+位置，加劇了陽離子混排，從而導致容量降低。Co正好可以抑制陽離子混排，而且穩(wěn)定材料層狀結(jié)構(gòu)；Mn4+不參與電化學反應，可提供安全性和穩(wěn)定性，同時降低成本。