習慣上，我們所說的三元材料一般是指鎳鈷錳酸鋰NCM正極材料（liào）(實際（jì）上也有負極三（sān）元材料)，Ni、Co、Mn三種金屬元素可以按（àn）照不同（tóng）的配比（bǐ）得出不同種類的三元材料。

通式為LiNi1-x-yCoxMnyO2，常見的配比（bǐ）有111,424,523,622,811，大家注意以上比例的排序是N:C:M，中國和國外的叫法不一樣。此外還要注意的一點就是NCA材料雖然經常和NCM一起被提及，但準（zhǔn）確的說NCA材料算是二元高Ni材料，不能列在三（sān）元材料（liào）裏麵。

三元材（cái）料的合成方法對比

化學共沉（chén）澱法,又分為直接化學共沉澱法和間接化學共沉（chén）澱（diàn）法。一般是把化學原料以溶液狀態混（hún）合，並向（xiàng）溶液中加入適當（dāng）的沉澱劑，使溶液中已經混合均勻的各個組分按化學計量比共沉（chén）澱出來，或者在溶液中先反應沉澱出一種中間產物，再把它煆燒（shāo）分解製備出微細粉料（liào）。

直接化學共沉（chén）澱法是將Li、Ni、Co、Mn鹽同（tóng）時共沉澱，過濾洗（xǐ）滌幹燥後再進行高溫焙燒。間接化學共沉澱法是先合成Ni、Co、Mn三元混合共（gòng）沉澱，過濾洗滌幹燥後與鋰（lǐ）鹽混合燒結；或者在生成（chéng）Ni、Co、Mn三（sān）元混合（hé）共沉（chén）澱後不經過過濾而是將包含鋰（lǐ）鹽和混合共沉澱（diàn）的溶液蒸發或冷凍幹燥，然後再對幹燥物進行高溫焙燒。

與傳統的固相合成技術相比，采用共沉澱方法可以使材料達到分子或原子線度（dù）化學計量比混合，易得到粒徑小、混合均勻的前驅體，而且煆燒的溫度（dù）較低，合成產物組分均勻，重現性好，條件容易控製，操作簡單，商業（yè）化生產采（cǎi）用此方法（fǎ）。此外還有其（qí）他的方法如固相合成法，溶膠-凝膠法等。

三種元素的作用和優缺點

NCM622材（cái）料結構示意圖

引入3+Co：減少陽離子混合（hé）占位，穩定材料的層狀結構，降低阻抗值，提高（gāo）電導率，提高循環和倍率性能。

引入2+Ni：可提高材料的容量（liàng）(提高材料（liào）的體積能量密度)，而由於Li和Ni相似的半徑，過多的Ni也會因為與Li發生位錯（cuò）現象導致鋰鎳混排，鋰層中鎳離子濃度（dù）越大，鋰在層狀結構中的脫嵌越難，導致電化學性能變差。

圖中(b)給出了Ni和Li的混排示意（yì）圖

引入4+Mn：不（bú）僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安（ān）全性和穩定性。但過高（gāo）的Mn含量會容易出（chū）現尖晶石相而破壞層狀結構, 使容量降低，循（xún）環（huán）衰減。

三元材料高PH影響？

我們都知道，高Ni三元材料是（shì）未來高能量密度動力電池應用方向，可是為何一直用不好呢？這其中一個最重要（yào）的原因就是（shì）材料（liào）堿性大，漿料吸水後極容易造成果凍。其對生（shēng）產環境和工藝控製能力的（de）要求，我們壓根就用不好。降低表麵殘堿含量對於三元材料在電池裏的應用具有（yǒu）非常重要的（de）意義。

高Ph來自於哪裏？這是因為三元材料合成中（zhōng）鋰鹽過量，多餘的鋰鹽在高（gāo）溫煆（duàn）燒後的產物主要是Li的氧（yǎng）化物，與空（kōng）氣中的H2O和CO2反應再次生成LiOH和Li2CO3，殘（cán）留在材料表麵，使材料的pH 值（zhí）較高。

此外（wài），在高Ni體係中由於化合（hé）價平衡的限製，使材料中（zhōng）Ni有一部分以3+的形式存在，而多餘的Li 在材料（liào）表麵易（yì）形成（chéng）LiOH和（hé）Li2CO3，Ni含量越高表麵含堿量越大，勻漿和塗布過程中越容易吸水造成漿（jiāng）料果凍狀。

同時, 需要注意的是這些殘留的鋰鹽不僅電化（huà）學活性較大, 而且因碳酸鋰等在高壓下分解（jiě）導致電池充放電（diàn）過程中電池的產氣現象。

如何（hé）降低（dī）三元材料的（de）PH？

一般從源頭（tóu）來控製前驅體的（de）PH和生產環境，降低鋰鹽比（bǐ）例，調整燒結製（zhì）度，讓鋰能快速擴散（sàn）到晶體內部（bù）。對材料水洗（xǐ），然後二次燒結降低表麵（miàn）殘堿含量，但相應的會（huì）損失一（yī）部分電性能。表麵包覆也（yě）是降（jiàng）低三元材料表麵殘堿含量的有效方法。

三元材料改性方法？

用金屬氧化物(Al2O3，TiO2，ZnO，ZrO2等)修飾三元材料（liào）表麵，使材料與（yǔ）電解液機械分開，減少材料與電解液副反應，抑製金屬離子的溶解，ZrO2、TiO2和Al2O3氧化物的包覆（fù）能阻止（zhǐ）充放（fàng）電過程中阻抗變大，提高材料的（de）循環性能，其（qí）中 ZrO2的包覆（fù）引發材料表麵阻抗增（zēng）大幅（fú）度最（zuì）小，Al2O3的包覆不會降低初始放電容量。

如何提高三元材料（liào）的安全性？

三元電池特別是111體（tǐ）係以上的三元電池安全性一直困擾著（zhe）業界，從去（qù）年（nián）年初（chū）開始的動力電池路線選擇（zé）壓製三元電（diàn）池，以及年末對三元電池的解禁。這些都和今後（hòu）動力電池使用哪個材料體係更加安全息（xī）息相關。

而且隨著NCM能量密度的不斷提高，材料的熱（rè）穩定性會越來越差。下圖（tú）表述的是隨著Ni含量的（de）升高材（cái）料的分解溫度（dù）逐漸下降。

如何提高三元材料的安全性？簡單說幾點（diǎn）比較重要的（de）。首先從三元材料本身來講：

①、進行（háng）陶瓷氧化鋁的包覆，Al2O3通過形成（chéng）Al-O-F 和Al-F 層可以消耗電池體係（xì）中的HF，充電電壓可（kě）以提高到 4.5V；

②、控製（zhì）Ni的含量在（zài）合理的範圍(811當然比622更不穩定)；

③、進行參雜其他金屬元素（sù）(Al ，Mg ，Ti，Zr)這些適當的參雜包覆可以提高材料的結（jié）構穩定性，熱穩定性以及循（xún）環（huán）的穩定性等。

其次，在和電池體係中其（qí）他材料的配合（hé）上也要下功夫研究：

①、電解液中加入高沸點和閃點的阻燃添加（jiā）劑，常見的有（yǒu）有機磷，氟代磷酸酯係列；

②、陶（táo）瓷隔離膜的選擇，提高隔膜基材和塗層的厚度（dù），使用新型（xíng）的耐高（gāo）溫 收縮率低的無紡布材料等。

此（cǐ）外，常（cháng）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。個人認為，國內短期內可以規模化應用的三元材（cái）料為622體係，更（gèng）高的體係甚至（zhì）NCA用到動力電池體係以國內現有的技術水平很難駕馭。