三元鋰電池是什么？

三元電池，三元聚合物電池或是三元聚合物鋰電池等指的是三元鋰電池，那三元鋰電池是什么呢?這就要先說制造三元鋰電池用的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2了。 三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的結構特點：

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料具有與LiCoO2相似的單一的基于六方晶系的a-NaFeO2型層狀巖鹽結構，空間點群為R3m。鋰離子占據巖鹽結構(111)面的3a位，過渡金屬離子占據3b位，氧離子占據6c位，每個過渡金屬原子由6個氧原子包圍形成MO6八面體結構，而鋰離子嵌入過渡金屬原子與氧形成的Ni1/3Co1/3Mn1/3O層。因為二價鎳離子的半徑(0.069nm)與鋰離子的半徑(0.076nm) 相接近，所以少量鎳離子可能會占據3a位，導致陽離子混合占位情況的出現，而這種混合占位使得材料的電化學性能變差。通常在XRD中，將(003)/(104)峰的強度比以及(006)/(012)和(018)/(110)峰的分裂程度作為陽離子混合占位情況的標志。
一般情況下，(003)/(104)峰的強度比高于1.2，且(006)/ (012)和(018)/(110)峰出現明顯分裂時，層狀結構明顯，材料的電化學性能優良。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶胞參數a=2.8622A、c=14.2278A。在晶格中鎳、鉆、錳分別以+2、+3、+4價存在，同時也存在少量的Ni3+和Mn3+，在充放電過程中，除了有Co3+/4+的電子轉移外，還存在Ni2+/3+和Ni3+的電子轉移，這也使得材料具有了更高的比容量。Mn4+只是作為一種結構物質而不參與氧化還原反應。
Koyama等提出2個描述LiNi1sCou3Mnm3O2晶體結構模型，即具有 [v3xV3]R30°型超結構[Ninaco1sMn1]層的復雜模型，晶胞參數a=4.904 A.c=13.884A.晶格形成能為-0.17eV和CoO2、NiO2和MnO2層有序堆積的簡單模型，晶格形成能為+0.06eV。因此，在合適的合成條件下，完全可以形成第一種模型，這種晶型在充放電過程中可以使晶格體積變化達到最小，能量有所降低，有利于晶格保持穩定。
 三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的電化學性能及熱穩定性 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作為鋰離子電池正極材料，具有較高的鋰離子擴散能力，理論容量達278mAh/g，在充電過程中，在3.6V～4.6V之間有兩個平臺，一個在3.8V左右，另一個在4.5V左右，主要歸因于Ni2+/Ni4+和Co3+/Co4+的2個電對，且容量可達250mAh/s為理論容量的91%。在2.3V~4.6V電壓范圍內，放電比容量為190mAh/g，100次循環后，可逆比容量比190mAh/g還要多。在2.8V～4.3V、 2.8V~4.4V和2.8V~4.5V電位范圍內進行電性能測試，放電比容量分別為159 mAh/g、168 mAh/g和177 mAh/g且在不同溫度下(55℃、75℃、95℃)和不同倍率放電時充放電，材料的結構變化均較小，具有良好的穩定性，高溫性能良好，但低溫性能有待改進。 鋰離子電池的安全性一直都是商業化的一個重要衡量標準，在充電狀態下與電解液的熱效應是正極材料是否適用于鋰離子電池的關鍵。 DSC測試結果表明，充電后的LiNi1gCo1gMn1/3O2在250~350℃未發現尖峰，LiCoO2在160℃和210℃有2個放熱尖峰，LiNiO2在210℃有一個放熱尖峰。三元材料在這個溫度范圍內也有一些放熱和吸熱反應，但反應要溫和得多。