ncm三元材料结构及衰减机制

高镍三元锂离子电池高温存储性能衰退机理王嗣慧;徐中领;杜锐;孟焕平;刘永;柳娜;梁成都【摘要】随着动力电池市场对长续航里程需求的不断提升,高能量密度的高镍三元材料已逐渐成为动力电池正极材料的开发热点之一.动力电池使用寿命一般要求10年以上,考虑到产品开发的时效性,目前一般采用加速寿命试验的方法来评估动力电池的长期使用寿命.本工作以共沉淀-高温烧结法自主合成的高镍NCM811材料为研究体系,将NCM811/石墨软包电池在60℃满充条件下进行存储实验,电池的高温存储寿命约为180天;采用XRD、SEM、ICP-AES、XPS和HRTEM等方法对存储前(BOL)和存储后(EOL)的极片进行表征,研究结果表明高镍材料电池高温存储失效主要与以下因素有关:存储后高镍三元材料表面副产物累积,材料表面岩盐相增加,导致电池阻抗增加;溶出的过渡金属元素在负极石墨上沉积,破坏负极表面的SEI,从而加速了活性锂的消耗.对材料进行有效的表面包覆或体相掺杂是改善高镍三元材料高温存储性能的关键.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2017(006)004【总页数】6页(P770-775)【关键词】高镍材料;高温存储;衰退机理【作者】王嗣慧;徐中领;杜锐;孟焕平;刘永;柳娜;梁成都【作者单位】宁德时代新能源科技股份有限公司,福建宁德352106;宁德时代新能源科技股份有限公司,福建宁德352106;宁德时代新能源科技股份有限公司,福建宁德352106;宁德时代新能源科技股份有限公司,福建宁德352106;宁德时代新能源科技股份有限公司,福建宁德352106;宁德时代新能源科技股份有限公司,福建宁德352106;宁德时代新能源科技股份有限公司,福建宁德352106【正文语种】中文【中图分类】TM911自商用锂离子电池问世以来，锂离子电池产业迅速发展，目前已广泛应用于3C电子产品应用领域。

近年来由于环境污染和化石燃料资源日渐匮乏问题突出，以绿色能源取代日益枯竭的化石能源成为各国新能源开发方向。

三元锂与磷酸铁锂的衰减系数三元锂和磷酸铁锂是目前应用广泛的两种锂离子电池材料。

它们在电池性能、衰减系数等方面存在一定的差异。

本文将从人类的视角出发，以自然流畅的语言，对这两种材料的衰减系数进行描述。

我们来了解一下三元锂电池的衰减系数。

三元锂电池由锂镍钴锰酸（NCM）正极材料、石墨负极材料和电解液组成。

它具有高能量密度、长循环寿命和较好的安全性能。

然而，随着循环次数的增加，三元锂电池的容量会逐渐衰减。

这是因为电池在充放电过程中，正极材料和负极材料之间的锂离子迁移会导致一些不可逆的反应。

这些不可逆反应会引起正极材料的结构破坏和电解液中的溶解物增加，从而导致电池容量下降。

三元锂电池的衰减系数一般较小，可以达到每循环1000次容量衰减不超过20%的要求。

接下来，我们来看看磷酸铁锂电池的衰减系数。

磷酸铁锂电池由磷酸铁锂正极材料、石墨负极材料和电解液组成。

它具有较高的循环寿命、较低的成本和较好的安全性能。

与三元锂电池相比，磷酸铁锂电池的衰减系数较大。

这是因为磷酸铁锂电池的正极材料在锂离子的插入和脱出过程中，会发生一些不可逆的相变反应，导致结构的改变和容量的损失。

此外，磷酸铁锂电池的电解液中还会出现一些溶解物，进一步影响电池的容量。

因此，磷酸铁锂电池的衰减系数一般较大，每循环1000次容量衰减可能会超过20%。

总结起来，三元锂电池和磷酸铁锂电池的衰减系数存在一定的差异。

三元锂电池的衰减较小，而磷酸铁锂电池的衰减较大。

这是由于它们在充放电过程中不可逆反应和结构改变所引起的。

因此，在选择电池材料时，需要根据具体的应用场景和要求进行权衡和选择。

三元ncm分子式
三元NCM是指由镍、钴、锰三种金属元素组成的锂离子电池正极材料。

它的分子式可以表示为LiNiCoMnO2，其中Li代表锂离子，Ni 代表镍离子，Co代表钴离子，Mn代表锰离子。

三元NCM作为一种新型的正极材料，在锂离子电池领域具有重要的应用价值。

它具有高比能量、高比容量、长循环寿命等优点，被广泛应用于电动汽车、电动工具、便携式电子设备等领域。

三元NCM具有高比能量。

比能量是指单位质量电池所能释放的能量。

由于三元NCM材料中镍、钴、锰等金属元素具有较高的氧化还原电位，因此它能够提供更多的能量，使得电池具有更高的能量密度。

这意味着电池可以储存更多的能量，提供更长的使用时间。

三元NCM具有高比容量。

比容量是指单位体积电池所能释放的电量。

由于三元NCM材料具有较高的离子扩散速率和较好的电子传导性能，它能够提供更多的电荷传输通道，使得电池具有更高的容量。

这意味着电池可以储存更多的电量，提供更强的动力输出。

三元NCM具有长循环寿命。

循环寿命是指电池在充放电循环过程中能够保持较高容量的次数。

由于三元NCM材料具有较好的结构稳定性和较低的容量衰减率，它能够在长时间的使用中保持较高的容量，延长电池的使用寿命。

这意味着电池可以经受更多次的充放电循环，使用寿命更长。

三元NCM作为一种新型的锂离子电池正极材料，具有高比能量、高比容量、长循环寿命等优点。

它的广泛应用将推动电动汽车、电动工具、便携式电子设备等领域的发展。

未来，随着科学技术的不断进步，三元NCM材料的性能还将进一步提高，为电池行业带来更多的创新和发展。

ncm三元材料衰减机制引言：随着电动汽车的迅速发展，锂离子电池作为电动汽车的主要动力源开始受到广泛关注。

而作为锂离子电池的重要组成部分，正极材料的性能直接影响着电池的储能能力和循环寿命。

NCM（镍钴锰）三元材料作为锂离子电池正极材料的代表，具有高能量密度、较好的循环寿命和热稳定性等优势，因此备受关注。

然而，NCM三元材料也存在着一定的衰减机制，本文将就NCM三元材料的衰减机制进行详细探讨。

一、锂离子的迁移与容量衰减NCM三元材料中的镍、钴、锰与锂离子之间的相互作用是导致容量衰减的重要因素之一。

在充放电过程中，锂离子会从正极材料中插入或脱出。

然而，插入和脱出过程中锂离子与材料中的过渡金属离子发生竞争，导致锂离子的迁移受到阻碍。

同时，锂离子在充放电过程中与电解液中的溶剂和盐发生反应，形成固态电解质界面层（SEI），进一步降低了锂离子的迁移速率。

这些因素共同导致锂离子的迁移受限，从而引发容量衰减。

二、晶体结构破坏与结构稳定性下降NCM三元材料的晶体结构与容量衰减之间存在密切的关系。

在充放电循环过程中，NCM三元材料的晶体结构会发生变化，部分金属离子会从正极材料中溢出，导致晶体结构的破坏。

此外，在高温或过充电的情况下，NCM三元材料的晶体结构也容易发生相变，进一步降低了材料的结构稳定性。

晶体结构的破坏和结构稳定性的下降会导致电池的容量衰减和循环寿命的降低。

三、表面层失稳与电化学活性下降NCM三元材料的表面层也是导致容量衰减的重要因素之一。

在充放电过程中，正极材料表面会形成一层富锂的表面层。

然而，随着充放电循环的进行，表面层会发生失稳，导致富锂区域的溶解和重新沉积。

这种失稳现象会导致电池的电化学活性下降，并最终引发容量衰减。

四、氧气释放与热失控风险在过充电或高温条件下，NCM三元材料会发生氧气释放现象，产生氧气和有害气体。

这不仅会造成正极材料的损失，还会导致电池的热失控风险，甚至引发火灾或爆炸。

因此，控制氧气释放现象是保障锂离子电池安全性的重要措施之一。

ncm三元材料NCM三元材料，即镍钴锰三元材料，是一种新型的高能量密度锂离子电池正极材料。

随着新能源汽车市场的迅速发展，NCM三元材料作为锂离子电池的重要组成部分，备受关注。

本文将就NCM三元材料的结构特点、性能优势以及应用前景进行详细介绍。

首先，NCM三元材料的结构特点主要体现在其由镍、钴、锰三种金属元素组成的化学配方上。

这种特殊的化学配方使得NCM三元材料具有较高的比容量和能量密度，能够满足电动汽车对于高能量密度的需求。

同时，NCM三元材料还具有较好的循环稳定性和热稳定性，能够有效延长电池的使用寿命。

其次，NCM三元材料在性能优势方面表现突出。

相比于传统的钴酸锂正极材料，NCM三元材料在比容量、循环寿命和安全性等方面都有明显的优势。

特别是在提高电池能量密度和降低成本方面，NCM三元材料更是具备了巨大的潜力。

这也是为什么越来越多的电池制造商和汽车厂商开始采用NCM三元材料作为电池正极材料的原因之一。

最后，NCM三元材料的应用前景十分广阔。

随着新能源汽车市场的快速增长，对于高能量密度、高循环寿命和安全性能优异的锂离子电池需求不断增加。

而NCM三元材料正是能够满足这些需求的理想选择。

因此，可以预见，NCM三元材料在电动汽车、储能系统等领域的应用将会越来越广泛。

综上所述，NCM三元材料作为一种新型的高能量密度锂离子电池正极材料，具有明显的结构特点、性能优势和广阔的应用前景。

随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，相信NCM三元材料必将在未来发展中发挥重要作用，成为新能源汽车领域的重要材料之一。

NCM三元材料结构及衰减机制1. 引言NCM三元材料是一种具有重要应用前景的锂离子电池正极材料，由镍、钴和锰三种元素组成。

它具有高能量密度、长循环寿命和较低的成本等优势，因此被广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。

本文将从结构和衰减机制两个方面，对NCM 三元材料进行全面详细、完整且深入的介绍。

2. NCM三元材料结构NCM三元材料的结构是其性能的关键之一。

一般而言，NCM三元材料主要由锂离子导电的晶体结构和锂离子储存的空隙组成。

2.1 晶体结构NCM三元材料的晶体结构通常采用层状结构，其中镍、钴和锰元素依次排列在层状结构中。

这种结构有利于锂离子在晶体中的扩散，提高了电池的放电性能。

2.2 锂离子储存空隙NCM三元材料中的锂离子储存空隙是指晶体中未被占据的空位，用于储存锂离子。

这些空隙的大小和分布对材料的电化学性能有重要影响。

合理的锂离子储存空隙可以提高电池的容量和循环寿命。

3. NCM三元材料衰减机制NCM三元材料的衰减机制主要包括结构破坏、电解液分解和锂离子损失等方面。

3.1 结构破坏在电池的充放电循环过程中，NCM三元材料的晶体结构会发生破坏。

这是因为锂离子在充放电过程中与材料发生反应，导致晶体结构的变化。

结构破坏会导致材料的容量衰减和循环寿命的降低。

3.2 电解液分解在电池的使用过程中，NCM三元材料与电解液发生反应，导致电解液的分解。

电解液分解会产生气体和固体产物，进一步导致电池的容量衰减和循环寿命的降低。

3.3 锂离子损失NCM三元材料中的锂离子可能会因为溶解、漏失或与其他材料发生反应而损失。

锂离子的损失会导致电池容量的衰减和循环寿命的降低。

4. 结论NCM三元材料是一种具有广泛应用前景的锂离子电池正极材料。

其结构和衰减机制对电池的性能有着重要影响。

通过了解NCM三元材料的结构和衰减机制，可以为材料的优化设计和电池的性能提升提供指导。

同时，深入研究NCM三元材料的结构和衰减机制，也有助于进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性能。

镍钴锰三元技术资料镍钴锰三元技术是一种使用镍、钴和锰的复合材料制作而成的正极材料。

它具有很高的能量密度、较长的寿命和良好的安全性能。

相对于传统的锂铁磷酸铁锂技术，镍钴锰三元技术具有更高的放电容量和更高的能量密度，能够提供更长的续航里程和更高的功率输出。

同时，它也具有较低的自放电率和较长的循环寿命，可以有效延长电池的使用寿命。

镍钴锰三元技术的优势主要源于其材料的特性。

镍钴锰三元材料的结构是由镍、钴和锰的氧化物组成的。

镍具有高比容量和高电化学反应活性，可以提供较高的容量和较高的能量密度。

钴具有良好的导电性和很高的化学稳定性，可以提高电池的充放电效率和循环寿命。

锰是一种便宜的材料，可以降低电池的成本。

同时，镍钴锰三元材料的磷酸根结构可以减少正极材料的结构变化，并提高电池的循环寿命。

然而，镍钴锰三元技术也存在一些问题。

首先，镍钴锰三元材料对温度变化比较敏感，高温会导致材料的结构变化，降低电池的性能。

其次，镍钴锰三元材料中镍和钴的含量对电池的性能也有较大影响。

高镍含量可以提高电池的能量密度，但同时会降低电池的循环寿命和安全性能。

高钴含量可以提高电池的充放电效率和循环寿命，但同时会增加电池的成本。

因此，必须在镍、钴和锰的含量之间找到一个平衡点。

为了解决这些问题，研究者们提出了一些改进的措施。

通过在材料中引入其他金属元素，如铝、钛和镁等，可以改善材料的结构稳定性和循环寿命。

另外，通过改变材料的晶体结构和粒径分布，也可以改善材料的性能。

此外，一些新型的涂层材料和界面工程技术也被应用于镍钴锰三元技术中，以提高电池的安全性能和充放电效率。

总之，镍钴锰三元技术是一种具有潜力的正极材料技术。

通过不断的研究和改进，可以进一步优化材料的性能，并推动锂离子电池的发展。

随着电动汽车和可再生能源的普及，镍钴锰三元技术有望成为未来电池技术的主流之一。

镍钴锰三元材料镍钴锰（NCM）三元材料是一种重要的正极材料，可用于锂离子电池。

它由镍（Ni）、钴（Co）和锰（Mn）三种金属元素组成，具有较高的能量密度和较长的循环寿命，因此在电动汽车和便携式设备中得到了广泛的应用。

首先，镍钴锰三元材料具有较高的能量密度。

由于镍和钴的高比容量，NCM材料能够存储更多的锂离子，因此具有较高的能量密度。

这意味着使用NCM材料制造的电池能够储存更多的能量，从而延长设备的使用时间。

这对于电动汽车等需要长时间连续使用的设备来说尤为重要。

其次，镍钴锰三元材料具有较长的循环寿命。

通过适当的材料合成和结构设计，NCM材料可以实现优异的循环稳定性。

这意味着电池可以进行更多的充放电循环，而且在每个循环中能量衰减较小。

这使得NCM电池更加耐用，具有更长的使用寿命。

此外，镍钴锰三元材料具有较好的安全性能。

相比于其他材料，NCM材料在高温下具有较高的热稳定性，不易发生热失控等危险情况。

因此，使用NCM电池的设备相对安全可靠。

然而，镍钴锰三元材料也存在一些问题。

首先，由于钴的成本较高，NCM材料的生产成本相对较高。

另外，NCM材料的镍含量较高，导致其对环境的影响较大。

因此，研究人员正在努力降低NCM材料的成本，减少对环境的负面影响。

总的来说，镍钴锰三元材料是一种优秀的正极材料，具有较高的能量密度、较长的循环寿命和较好的安全性能。

它在电动汽车和便携式设备等领域有广泛的应用前景，并且正在不断改进和发展。

随着技术的不断进步，相信镍钴锰三元材料会为电池行业带来更大的突破和进步。

高镍三元锂离子电池循环衰减分析及改善本文来源：储能科学与技术在动力电池领域，随着近年来锂离子电池能量密度的不断提升，容量更高的NCM811 材料逐渐替代了中低镍NCM材料，使得动力电池的能量密度有了大幅地提升，电动汽车的续航里程也有了显著提升。

高镍含量的NCM材料虽然具有高比容量和低成本的优势，但也存在循环性能较差，热稳定性能差等缺陷[1]，而这些固有缺点也限制了NCM811体系电池的产业化进程。

本文以NCM811/石墨体系电芯为研究对象，对其进行常温及45 ℃充放电循环测试，分析了不同温度条件下循环前后材料晶体结构、形貌等的变化，明确循环衰减的主要影响因素，有针对性的提出改善方案，改善后，显著提升了NCM811/石墨电芯的高温循环性能。

1 实验部分1.1 软包电池制作以N-甲基吡咯烷酮（NMP）为溶剂，将聚偏氟乙烯（PVDF）充分溶解在NMP中，将几种导电剂（super-P、CNT等）加入到PVDF 胶液中进行高速匀浆分散，制备出导电胶液。

将定量的NCM811正极材料分散加入到制备的导电胶液中，在高速搅拌机中充分混合，制成均匀的正极浆料，将浆料双面涂覆在铝箔上，经过烘干、碾压、分切、冲切等工艺获得正极片。

石墨负极的浆料以去离子水为溶剂，将羧甲基纤维素钠（CMC）溶解到水中制成CMC胶液，将石墨负极材料高速分散到CMC胶液中，最后加入黏结剂丁苯橡胶（SBR），制成负极浆料，将浆料双面涂覆在铜箔上，经过烘干、碾压、分切、冲切等工艺获得负极片。

正负极间加入隔膜以叠片方式制成极组，经极耳焊接后封装到铝塑壳中，然后经过注液、化成、排气、直封切边等工序制成软包电池，额定容量为4.8 A·h。

1.2 电池测试与分析软包电池的循环性能采用美国Arbin电池测试仪进行测试。

将电池用夹具夹紧，分别在常温及45 ℃恒温箱中进行循环测试，测试流程如下：1 C恒电流充电至4.2 V，4.2 V恒压充电至0.05 C；l C恒电流放电至2.5 V，直到容量衰减至初始容量的80%，停止测试。

三元材料及锂离子电池的容量衰减首先，我们需要了解什么是三元材料。

三元材料是指在电池负极和正极材料中，掺入了第三种元素。

一般情况下，三元材料由锂离子嵌入型金属氧化物、锂离子嵌入型碳负极和一种电解质材料组成。

常见的三元材料有锂镍锰钴氧化物（NMC）、锂铁磷酸铁（LiFePO4）等。

容量衰减是指电池在使用过程中，充放电容量逐渐减少的现象。

容量衰减的原因主要有以下几点：1.锂离子在电池充放电过程中的迁移和不可逆反应。

锂离子在电池的充放电过程中需要穿梭于正负极之间，这个过程中会伴随一些不可逆反应，比如电解液分解、电极表面形成固体电解质界面层等，导致电池容量衰减。

2.材料结构的失稳。

三元材料的结构在长期的循环充放电过程中可能会发生改变，比如析出副反应产物、晶格改变、伴随物质的扩散等，这些都会导致材料结构的失稳，从而使得电池容量下降。

3.温度的影响。

高温会导致电池中的材料分解或水解，导致容量的衰减；同时，高温下的电解液电导率增加，但电化学稳定性降低，也会引起副反应的增加。

针对容量衰减的问题1.优化电解液配方。

研究者通过改进电解液配方，添加抑制副反应产生的添加剂，降低电解液的酸度和浓度等方式，来减少电解液和电极间的不可逆反应。

2.表面修饰和包覆。

通过表面修饰和包覆，可以提高电极材料的稳定性和抗衰减能力，阻止电解液中溶解金属离子的直接接触和反应，减少材料结构的失稳。

3.循环稳定性改进。

通过优化充放电条件，比如限制电池的充电电压和电流，提高充电速度等，可以有效地减少电池的容量衰减。

总之，三元材料及锂离子电池的容量衰减是一个复杂而重要的研究方向。

通过深入了解衰减原因，研究者采取了一系列改进措施来提高电池的循环寿命和性能。

随着科学技术的不断进步，相信将会有更多的创新和突破，为锂离子电池的可靠性和可持续性发展做出贡献。

高镍三元正极材料的失效机制，终于有人总结全了导读：高镍三元正极材料，如NMC和NCA，广泛应用于电动汽车和储能领域。

人们普遍认为层状过渡金属氧化物正极材料的电池失效机理为：正极材料的二次颗粒中形成的微裂缝导致阻抗增加、活性材料减少；同时，电解液渗透进入裂缝中发生反应，进一步导致电池性能下降。

如当升总经理李建忠就提到过：充放电过程中，高镍三元材料体积膨胀/收缩导致的颗粒粉化；表面劣化导致化学稳定性差；晶格塌陷等；导致容量衰减、安全性变差。

因此，颗粒裂缝成为科研工作者改善富镍正极材料性能的切入点。

但是正确理解锂离子电池体积变化以及它对富镍正极材料的充放电循环造成的影响也十分重要。

因此加拿大达尔豪斯大学著名教授Jeff R. Dahn教授利用原位X射线衍射和充放电测试，通过对一系列不同组成的高镍正极材料的电化学性能和结构进行表征，得到相应的高镍正极的循环保持率与能达到的容量之间的内在联系，说明了它们与锂离子电池在充放电过程中的体积变化的关系。

文章亮点1 对于高镍三元正极材料，在放电过程中锂离子电池发生体积变化发生的规律几乎一样。

2 建立不同组成高镍三元正极材料的容量与其容量保持率之间的关系，提出了一个高镍三元正极材料共同失效机理。

图文解读1.高镍三元正极材料结构分析图1 （a）LiNiO2，以Ni(OH)2为前驱体；（b）LiNi0.95Mg0.05O2，（c）LiNi0.80Co0.15A l0.05O2的SEM图像表1 半电池循环测试数据（点击放大）图1为本次研究中主要测试的三种高镍正极材料，包括原始的LiNiO2和部分Ni取代的LiNi0.95Mg0.05O2和LiNi0.80Co0.15Al0.05O2。

从SEM图像中可以看出，其中LiNiO2富镍正极材料为球形，而其它两种材料则为椭球。

表1中列出文献中不同高镍正极材料的电池循环数据，后面的讨论部分会将本文工作与文献工作进行对比。

2.LiNiO2容量衰减因素图2 LiNiO2在不同截止电压下的循环性能：（a）比容量，（b）归一化的容量；LiNiO2半电池的首圈（黑）和末圈（红）的容量/电压微分曲线（dQ/dV）：（c1-c5）C/5,（d1-d5）C/20。

三元正极的首次容量衰减
对于三元正极材料，首次容量衰减通常是由于以下原因导致的：
1.活性物质损失：在首次充放电过程中，部分活性物质会损失或反应不完全，导致可逆容量降低。

2.电解质界面反应：三元正极材料与电解质之间的界面反应可能导致容量损失。

这些反应可能包括正极与电解质之间的氧化还原反应、固体电解质界面（SEI）的形成等。

3.结构变化：三元正极材料在充放电过程中可能会发生结构变化，如相变、晶格膨胀和收缩等，这些变化可能导致活性物质损失或可逆容量降低。

4.活性物质溶解：在某些情况下，部分活性物质可能会溶解到电解质中，导致可逆容量的损失。

5.机械应力的影响：充放电过程中，三元正极材料可能受到机械应力的作用，如体积变化、形变等，这些应力可能会导致活性物质损失或可逆容量的降低。

为了降低首次容量衰减，可以采取以下措施：
1.优化正极材料的制备工艺，提高其结构稳定性和相稳定性。

2.选择合适的电解质和添加剂，以优化电解质界面反应和降低活性物质溶解。

3.控制电池的充放电制度，避免过充、过放和高温操作，以减轻机械应力的影响。

4.对电池进行适当的预处理和活化，以促进活性物质的充分反应
和提高电池的电化学性能。

三元锂离子动力电池衰减机理杨㊀涛ａ㊀刘文凤ｂꎬｃ㊀马梦月ｃ㊀董红玉ｂ∗㊀杨书廷ｂ∗(ａ河南锂动电源有限公司ꎻｂ河南师范大学化学化学学院ꎻｃ河南电池研究院有限公司㊀河南新乡４５３０００)摘㊀要㊀失效分析是通过剖析电池循环过程中复杂的物理和化学变化引起的失效现象ꎬ优化材料制备和电池制作工艺ꎬ提升电池性能的有效途径ꎮ通过对３ ０~４ ２Ｖ电压范围１Ｃ循环１０００周镍钴锰酸锂(ＮＣＭꎬＬｉＮｉ０.５Ｃｏ０.２Ｍｎ０.３Ｏ２)三元锂离子动力电池拆解分析后发现ꎬ正极容量损失约为２ ７３％ꎬ负极容量损失约为２ ４％ꎮ对比正负极片循环前后Ｘ射线衍射和场发射扫描电子显微镜分析发现ꎬ正极容量损失主要由正极颗粒破碎和结构转变引起的ꎬ负极衰减主要由循环过程中Ｌｉ＋持续脱嵌导致石墨层状结构损伤引起的ꎮ正极过渡金属阳离子溶解并沉积在负极ꎬ催化电解液/电极界面副反应ꎬ导致负极过度成膜ꎬ活性锂损失ꎬ影响电极过程动力学也是电池失效的原因之一ꎮ关键词㊀三元正极ꎻ失效机理ꎻ离子溶出ꎻ动力电池ꎻ锂离子电池中图分类号:Ｏ６４６㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１０００￣０５１８(２０２０)１０￣１１８１￣０６ＤＯＩ:１０.１１９４４/ｊ.ｉｓｓｎ.１０００￣０５１８.２０２０.１０.２００１１６２０２０￣０４￣２２收稿ꎬ２０２０￣０６￣２３修回ꎬ２０２０￣０７￣２０接受通讯联系人:董红玉ꎬ副教授ꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｄｏｎｇｈｙ３７３＠１６３.ｃｏｍꎻ研究方向:新能源材料共同通讯联系人:杨书廷ꎬ教授ꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｓｈｕｔｉｎｇｙａｎｇ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍꎻ研究方向:新能源材料锂离子电池因其能量密度高㊁循环寿命长㊁自放电率低及无记忆效应等优点ꎬ在便携式电子设备和电动汽车等领域得到广泛应用[１￣２]ꎮ而商业化的锂离子电池在使用过程中会出现容量衰减ꎬ内阻增大ꎬ倍率降低等失效现象ꎬ严重降低了锂离子电池使用的循环寿命和安全性[３￣６]ꎮ采用合适的测试手段ꎬ合理的实验设计分析循环过程中电池内部复杂的物理和化学变化ꎬ找到电池失效的主要原因ꎬ并在材料制备过程上和电芯制作工艺上提供可靠有效的优化建议ꎬ对提升电池性能和改进电池技术具有重要意义[７￣１１]ꎮ本文对商业化高功率三元电池(镍钴锰酸锂ꎬＮＣＭ)进行１Ｃ充放电的长循环测试ꎬ观测循环过程中容量变化ꎬ并通过循环后拆解分析推断电池失效的原因ꎮ１㊀实验部分１.１㊀试剂、材料和仪器碳酸二甲酯(ＤＭＣꎬ分析纯ꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎻ盐酸(优级纯ꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎻ硝酸(优级纯ꎬ国药集团化学试剂有限公司)ꎮ３０Ａ ｈ锂离子动力电池:河南锂动电源有限公司ꎻＮＣＭ５２３正极(ＬｉＮｉ０.５Ｃｏ０.２Ｍｎ０.３Ｏ２)三元(新乡天力锂能股份有限公司)ꎻ人造石墨负极材料ＦＳＮ(以冯苏宁的姓名简称命名)负极(上海杉杉科技有限公司)ꎬ聚乙烯(ＰＥ)隔膜(新乡市格瑞恩新能源材料股份有限公司)ꎮ电解液(ＨＲ３２０Ｊ河南华瑞高新材料科技股份有限公司ꎻ组分:六氟磷锂(ＬｉＰＦ６)/碳酸乙烯酯(ＥＣ)㊁碳酸二乙酯(ＤＥＣ)㊁碳酸甲乙酯(ＥＭＣ)㊁含硫添加剂)ꎮ循环寿命测试采用ＣＴ２００１Ｄ型蓝电测试仪(武汉市蓝电电子有限公司)ꎻ电化学阻抗测试采用ＣＨＩ７６０ｅ型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)ꎻＤ８ＡＤＶＡＮＣＥ型Ｘ射线衍射仪(ＸＲＤꎬ德国布鲁克公司)ꎻＳＵ８０１０型场发射扫描电子显微镜(ＦＥＳＥＭꎬ日本日立公司)ꎻｉＣＡＰ８３００Ｒａｄｉａｌ型等离子电感耦合(ＩＣＰꎬ美国赛默飞公司)ꎻＱＵＡＮＴＡＸ７０型Ｘ射线能谱(ＥＤＳꎬ德国布鲁克公司)ꎮ１.２㊀实验方法１.２.１㊀电性能测试将上述３０Ａｈ的电池采用１Ｃ恒流恒压充电到４ ２Ｖꎬ截止电流为０ ０５Ｃꎬ静置５ｍｉｎꎬ然后再以１Ｃ第３７卷第１０期应用化学Ｖｏｌ.３７Ｉｓｓ.１０２０２０年１０月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｏｃｔ.２０２０恒流放电至３Ｖꎬ如此循环１０００周ꎮ记录每周充放电容量ꎬ并计算其容量保持率ꎮ１.２.２㊀电池拆解及极片处理将电池放电完全ꎬ在手套箱中拆解ꎬ得到循环后的正负极片并将其裁剪成２ｃｍˑ２ｃｍ放在碳酸二甲酯(ＤＭＣ)溶液中浸洗１５ｍｉｎꎬ晾干ꎬ备用ꎮ１.２.３㊀ＩＣＰ测试将上述浸洗后的２ｃｍˑ２ｃｍ的负极极片从手套箱中取出ꎬ加入盛有超纯水的烧杯中超声２０ｍｉｎꎬ去除铜集流体后烘干ꎮ加入优级纯的盐酸与硝酸消解至反应完全ꎮ将溶液转移至５０ｍＬ容量瓶中定容ꎮ１.２.４㊀扣式电池组装及测试将上述浸洗过的正负极片在手套箱中裁成直径为１２ｃｍ的圆片ꎬ用锂片做对电极ꎬ隔膜为Ｃｅｌｇａｒｄ２４００ꎬ电解液为ＨＲ３２０Ｊꎬ组装成扣式电池进行循环容量测试和电化学阻抗测试ꎮ作为对比ꎬ拆解未循环的电池ꎬ将正负极片做相同测试ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀循环测试图１㊀(Ａ)ＮＣＭ三元动力电池循环图ꎻ(Ｂ)循环前后正极片扣式电池半电池测试对比数据ꎻ(Ｃ)循环前后负极片扣式电池半电池测试对比数据Ｆｉｇ.１㊀(Ａ)ＴｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＮＣＭＬＩＰＢꎻ(Ｂ)Ｔｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｃ)Ｔｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ图１Ａ为循环过程中ＮＣＭ三元动力电池的容量变化及容量保持率ꎮＮＣＭ三元动力电池初始容量为３０ ５８Ａ ｈꎮ在１Ｃ电流密度下循环１０００周后容量为２７ ５７Ａ ｈꎬ容量保持率为９０ １５％ꎮ将循环后放电完全的电池在手套箱中拆解ꎬ将拆解后的正负极片清洗后重新组装成扣式电池半电池进行循环测试ꎬ与新鲜极片的扣式电池数据对比ꎮ图１Ｂ为循环前正极片与１０００次循环后剖解正极片的扣式电池半电池循环性能对比ꎮ循环前正极片克容量为１４７ｍＡ ｈ/ｇꎬ１０００周后正极片克容量保留１４３ｍＡ ｈ/ｇꎬ２８１１应用化学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀正极容量损失约为２ ７３％ꎮ图１Ｃ为循环前负极片与１０００次循环后剖解负极片的扣式电池循环性能对比ꎮ循环前负极片克容量为３３４ｍＡ ｈ/ｇꎬ１０００周后负极片克容量保留３２６ｍＡ ｈ/ｇꎬ负极容量损失约为２ ４％ꎮ２.２㊀正极极片失效原因分析图２Ａ为循环前后正极片ＸＲＤ对比ꎮ部分峰向高角度略微偏移ꎬ循环后晶面间距略微变小ꎮ晶胞参数比ｃ/ａ值由５ ０６降低为５ ０１ꎬ峰强度比Ｉ(００３)/Ｉ(１０４)由循环前的３ ８６减小为２ ８２ꎬ混排增加ꎮ由于Ｎｉ２＋和Ｌｉ＋的离子半径相近且其迁移势垒较低ꎬ随着循环进行ꎬＮＣＭ材料晶格的３ｂ位点易发生Ｌｉ￣Ｎｉ位置交换ꎬ出现Ｌｉ＋/Ｎｉ２＋混排ꎬ阻塞Ｌｉ的传输通道ꎬ有层状结构向岩盐结构转变的趋势ꎬ导致电池长循环性能差[１２￣１４]ꎮ图２Ｂ和２Ｃ分别为循环前后正极ＦＥＳＥＭ图ꎬ循环后颗粒破碎严重ꎬ导致极片内部导电网络断开ꎬ活性材料部分失活ꎬ容量衰减ꎮ图２㊀(Ａ)循环前后正极片ＸＲＤ数据对比ꎻ(Ｂ)循环前正极片的ＦＥＳＥＭ图ꎻ(Ｃ)循环后正极片的ＦＥＳＥＭ图Ｆｉｇ.２㊀(Ａ)ＴｈｅＸＲＤｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｂ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｃ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ２.３㊀负极极片失效原因分析图３Ａ为循环前后负极片ＸＲＤ对比ꎮ循环后峰强变弱ꎬ峰位置略有偏移ꎬ且循环后的极片在小于(００２)晶面处出现小的伴峰ꎬ可能是循环过程中锂离子插入导致部分石墨层晶面间距变大引起的ꎬ说明循环过程中负极结构有部分损伤ꎮ图３Ｂ和３Ｃ为循环前负极极片不同倍数的ＦＥＳＥＭ图ꎬ颗粒表面光滑ꎬ边缘清晰ꎮ循环后负极极片表面覆盖一层较厚的膜状物ꎬ推测为电解液与负极表面副反应形成的固体电解质界面(ＳＥＩ)膜ꎬＳＥＩ存在是一把双刃剑ꎬ一方面适量的ＳＥＩ膜可以稳定电解液与负极界面ꎬ阻碍更多副反应的发生ꎬ增强电池循环稳定性ꎮ另一方面ＳＥＩ过厚会导致电池活性锂损失ꎬ极化严重ꎬ内阻增加ꎮ循环过程中过渡金属阳离子溶解并催化电解液不断分解ꎬ迁移到负极表面破坏ＳＥＩ膜ꎬ导致新的ＳＥＩ不断形成ꎬ消耗活性锂ꎬ并增加电池内阻[１５￣１６]ꎮ图３㊀(Ａ)循环前后负极片ＸＲＤ数据对比ꎻ(Ｂ)循环前负极片的ＦＥＳＥＭ图ꎻ(Ｃ)循环后负极片的ＦＥＳＥＭ图Ｆｉｇ.３㊀(Ａ)ＴｈｅＸＲＤｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｂ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｃ)ＴｈｅＦＥＳＥＭｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ２.４㊀负极与电解液界面分析图４为循环后负极表面ＥＤＳ图ꎬ循环后负极表面Ｏ㊁Ｆ㊁Ｓ㊁Ｐ等元素聚集分布ꎬ其中Ｆ㊁Ｐ㊁Ｓ元素主要３８１１㊀第１０期杨涛等:三元锂离子动力电池衰减机理来自于电解液的锂盐(ＬｉＰＦ６)及其含硫添加剂ꎬ说明了循环后负极表面的ＳＥＩ膜由电解液与负极界面的副反应导致的[１７]ꎮ图４㊀循环后负极极片ＥＤＳ图Ｆｉｇ.４㊀ＴｈｅＥＤＳｍａｐｐｉｎｇｓｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇ图５Ａ为循环后电池负极表面Ｎｉ㊁Ｃｏ㊁Ｍｎ元素的沉积量ꎬ其物质的量比为５ʒ１ʒ７ ８ꎬ与原材料ＮＣＭ５２３相比Ｍｎ最容易溶出ꎬ主要由循环过程中Ｍｎ３＋更容易发生歧化反应导致的ꎮ因此正极过渡金属阳离子溶解并在负极沉积ꎬ催化电解液分解也是电池衰减的原因之一[１８]ꎮ图５Ｂ为循环前后拆解的负极极片组装扣电的ＥＩＳ图谱对比ꎮ如图所示ꎬ两条谱线均是由一个扁圆和一条斜线组成ꎬ分别代表电荷转移电阻Ｒｃｔ和锂离子扩散电阻Ｚｗ[１９￣２０]ꎮ循环后电池表现出较大的扁圆半径和较小的斜线斜率ꎬ说明循环后电池电荷转移电阻增大和锂离子扩散速率降低ꎮ从电化学动力学上进一步证明负极过渡成膜是导致电池失效的原因之一ꎮ图５㊀(Ａ)循环后电池负极极片表面ＮｉꎬＣｏꎬＭｎ元素的沉积量ꎻ(Ｂ)循环前后拆解的负极极片扣电的ＥＩＳ图Ｆｉｇ.５㊀(Ａ)ＴｈｅａｍｏｕｎｔｏｆＮｉꎬＣｏａｎｄＭｎｄｅｐｏｓｉｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎻ(Ｂ)ＥＩＳｓｐｅｃｔｒａｏｆｔｈｅａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｂｅｆｏｒｅ(ａ)ａｎｄａｆｔｅｒ(ｂ)ｃｙｃｌｉｎｇ综上所述ꎬ通过对在３ ０~４ ２Ｖ电压范围１Ｃ循环１０００周后的ＮＣＭ动力电池拆解分析得到以下结论:对循环前后正极极片扣式电池测试数据ꎬ计算得正极容量损失约为２ ７３％ꎻ由循环后正极片的ＦＥＳＥＭ４８１１应用化学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀和ＸＲＤ测试分析发现ꎬ正极容量损失主要由正极颗粒破碎和正极表面层状结构向无序岩盐结构引起ꎮ对循环前后负极极片扣式电池测试数据ꎬ计算负极容量损失约为２ ４％ꎻ由循环前后负极片的ＸＲＤ对比发现ꎬ负极衰减主要循环过程中锂离子不断脱嵌导致部分石墨层状结构损伤引起的ꎻ由ＦＥＳＥＭ分析结果发现负极过渡成膜导致活性锂损失也是电池失效的原因之一ꎮ对拆解后负极极片的界面进行ＥＤＳ㊁ＩＣＰ测试分析ꎬ负极过渡成膜是正极过渡阳离子溶解并沉积在负极ꎬ催化电解液与负极表面的副反应造成的ꎮ３㊀结㊀论失效分析是通过剖析电池循环过程中复杂的物理和化学变化引起的失效现象ꎬ优化材料制备和电池制作工艺ꎬ提升电池性能的有效途径ꎮ本文通过对３~４ ２Ｖ电压范围１Ｃ循环１０００周ＮＣＭ动力电池拆解分析后发现ꎬ正极容量损失约为２ ７３％ꎬ负极容量损失约为２ ４％ꎮ通过对比正负极片循环前后ＸＲＤ和ＦＥＳＥＭ分析发现ꎬ正极容量损失主要由正极颗粒破碎和正极锂镍混排导致的结构变化引起的ꎬ负极衰减主要循环过程中锂离子持续脱嵌导致石墨层状结构损伤引起的ꎮ正极过渡阳离子溶解并沉积在负极ꎬ催化电解液/电极界面副反应ꎬ导致负极过渡成膜ꎬ活性锂损失ꎬ电极过程动力学滞后也是电池失效的原因之一ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]ＥｔａｃｈｅｒｉＶꎬＭａｒｏｍＲꎬＥｌａｚａｒｉＲꎬｅｔａｌ.ＣｈａｌｌｅｎｇｅｓｉｎｔｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ:ＡＲｅｖｉｅｗ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＥｎｖｉｒｏｎＳｃｉꎬ２０１１ꎬ４(９):３２４３￣３２６２.[２]ＧｏｒｉｐａｒｔｉＳꎬＭｉｅｌｅＥＤｅＡｎｇｅｌｉｓＦꎬｅｔａｌ.ＲｅｖｉｅｗｏｎＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＮａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄＡｎｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１４ꎬ２５７:４２１￣４４３.[３]ＬｕＬꎬＨａｎＸꎬＬｉＪꎬｅｔａｌ.ＡＲｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅＫｅｙＩｓｓｕｅｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎＢａｔｔｅｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓ[Ｊ].ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１３ꎬ２２６:２７２￣２８８.[４]ＷＡＮＧＱｉｙｕꎬＷＡＮＧＳｈｕｏꎬＺＨＡＮＧＪｉｅᶄｎａｎꎬｅｔａｌ.ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｙＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１７ꎬ６(５):１００８￣１０２３(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).王其钰ꎬ王朔ꎬ张杰男ꎬ等.锂离子电池失效分析概述[Ｊ].储能科学与技术ꎬ２０１７ꎬ６(５):１００８￣１０２３.[５]ＡｒｏｒａｔＰꎬＷｈｉｔｅＲ.ＣａｐａｃｉｔｙＦａｄｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄＳｉｄｅＲｅａｃｔｉｏｎｓｉｎＬｉｔｈｉｕｍ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃꎬ１９９８ꎬ１４５:３６４７￣３６６７.[６]ＲＡＯＳｕｍｉｎꎬＬＩＣｈｅｎｇｌｉａｎｇ.ＲｅａｓｏｎｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｙＦａｉｌｕｒｅａｎｄＭａｔｅｒｉａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＥｎｅｒｇｙＲｅｄｕｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１７ꎬ４１:１５２８￣１５６４(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).饶苏敏ꎬ李成亮.锂电池失效及材料界面能降低究因[Ｊ].电源技术ꎬ２０１７ꎬ４１:１５２８￣１５６４.[７]ＷａｔａｎａｂｅＳꎬＫｉｎｏｓｈｉｔａＭꎬＨｏｓｏｋａｗａＴꎬｅｔａｌ.ＣａｐａｃｉｔｙＦａｄｅｏｆＬｉＡｌｙＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＯ２ＣａｔｈｏｄｅｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓＤｕｒｉｎｇＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＣａｌｅｎｄａｒａｎｄＣｙｃｌｅＬｉｆｅＴｅｓｔｓ(ＳｕｒｆａｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬｉＡｌｙＮｉ１－ｘ－ｙＣｏｘＯ２ＣａｔｈｏｄｅＡｆｔｅｒＣｙｃｌｅＴｅｓｔｓｉｎＲｅｓｔｒｉｃｔｅｄＤｅｐｔｈｏｆＤｉｓｃｈａｒｇｅＲａｎｇｅｓ)[Ｊ].ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１４ꎬ２５８:２１０￣２１７.[８]ＢｅｔｔｇｅＭꎬＬｉＹꎬＧａｌｌａｇｈｅｒＫꎬｅｔａｌ.ＶｏｌｔａｇｅＦａｄｅｏｆＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅｓ:ＩｔｓＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＩｍｐａｃｔｏｎＥｎｅｒｇｙＤｅｎｓｉｔｙ[Ｊ].ＪＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃꎬ２０１３ꎬ１６０(１１):Ａ２０４６￣Ａ２０５５.[９]ＷＡＮＧＷｅｉｎａꎬＺＨＥＮＧＪｉａｎｊｉｅ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＤｅｃｌｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＳｔｏｒａｇｅＬｉｆｅｏｆＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓＵｓｅｄｉｎＳｐａｃｅ[Ｊ].ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１９ꎬ４３:１６０５￣１６０７(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).王炜娜ꎬ郑见杰.空间用锂离子电池储存寿命衰降机理分析[Ｊ].电源技术ꎬ２０１９ꎬ４３:１６０５￣１６０７.[１０]ＣＨＥＮＸｉａｏｘｕａｎꎬＬＩＳｈｅｎｇꎬＨＵＹｏｎｇｇａｎｇꎬｅｔａｌ.ＦａｉｌｕｒｅＭｏｄｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｒｎａｒｙＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅＡｎｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌꎬ２０１９ꎬ８:１００３￣１０１６(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).陈晓轩ꎬ李晟ꎬ胡泳钢ꎬ等.锂离子电池三元层状氧化物正极材料失效模式分析[Ｊ].储能科学与技术ꎬ２０１９ꎬ８:１００３￣１０１６.[１１]ＢｉａｓｉＬꎬＳｃｈｗａｒｚＢꎬＢｒｅｚｅｓｉｎｓｋｉＴꎬｅｔａｌ.ＣｈｅｍｉｃａｌꎬＳｔｒｕｃｔｕｒａｌꎬａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＡｓｐｅｃｔｓｏｆＦｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒｏｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔＬｅｎｇｔｈＳｃａｌｅｓｏｆＮｉ￣ＲｉｃｈＮＣＭａｎｄＬｉ￣ＲｉｃｈＨＥ￣ＮＣＭＣａｔｈｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｉｎＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡｄｖＭａｔｅｒꎬ２０１９ꎬ３１(２６):ｅ１９００９８５.[１２]ＺｈｏｕＨꎬＸｉｎＦꎬＰｅｉＢꎬｅｔａｌ.ＷｈａｔＬｉｍｉｔｓｔｈｅＣａｐａｃｉｔｙｏｆＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅＣａｔｈｏｄｅｓｉｎＬｉｔｈｉｕｍＢａｔｔｅｒｉｅｓ?[Ｊ].ＡＣＳＥｎｅｒｇｙＬｅｔｔꎬ２０１９ꎬ４(８):１９０２￣１９０６.[１３]ＷｅｉｇｅｌＴꎬＳｃｈｉｐｐｅｒＦꎬＥｒｉｃｋｓｏｎＥꎬｅｔａｌ.ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＡｓｐｅｃｔｓｏｆＬｉＮｉ０.８Ｃｏ０.１Ｍｎ０.１Ｏ２ＣａｔｈｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓＤｏｐｅｄｂｙＶａｒｉｏｕｓＣａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＡＣＳＥｎｅｒｇｙＬｅｔｔꎬ２０１９:５０８￣５１６.[１４]ＲａｎＱꎬＺｈａｏＨꎬＨｕＹꎬｅｔａｌ.ＥｎｈａｎｃｅｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＤｕａｌ￣ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅＬａｙｅｒｓＣｏａｔｅｄＮｉ￣ｒｉｃｈＬｉＮｉ０.６Ｃｏ０.２Ｍｎ０.２Ｏ２ＣａｔｈｏｄｅｆｏｒＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓａｔＨｉｇｈＣｕｔ￣ＯｆｆＶｏｌｔａｇｅ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍＡｃｔａꎬ２０１８ꎬ２８９:８２￣９３.５８１１㊀第１０期杨涛等:三元锂离子动力电池衰减机理６８１１应用化学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀[１５]ＬｅａｎｚａＤꎬＶａｚＣꎬＭｅｌｉｎｔｅＧꎬｅｔａｌ.ＲｅｖｅａｌｉｎｇｔｈｅＤｕａｌＳｕｒｆａｃｅＲｅａｃｔｉｏｎｏｎａＨＥ￣ＮＣＭＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｙＣａｔｈｏｄｅａｎｄＴｈｅｉｒＩｍｐａｃｔｏｎｔｈｅＣｏｕｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｄｅ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１９ꎬ１１(６):６０５４￣６０６５.[１６]ＣａｏＹꎬＱｉＸꎬＨｕＫꎬｅｔａｌ.ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＰｏｌｙｍｅｒｓＥｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎｔｏＥｎｈａｎｃｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＮｉ￣ＲｉｃｈＣａｔｈｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＬｉ￣ＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１８ꎬ１０(２１):１８２７０￣１８２８０.[１７]ＨｅｋｍａｔｆａｒＭꎬＫａｚｚａｚｉＡꎬＥｓｈｅｔｕＧꎬｅｔａｌ.ＵｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ/ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＬａｙｅｒｏｎｔｈｅＬｉ￣ＲｉｃｈＮｉｃｋｅｌＭａｎｇａｎｅｓｅＣｏｂａｌｔＬａｙｅｒｅｄＯｘｉｄｅＣａｔｈｏｄｅｂｙＸＰＳ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌＭａｔｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１９ꎬ１１(４６):４３１６６￣４３１７９. [１８]ＧａｏＨꎬＣａｉＪꎬＸｕＧꎬｅｔａｌ.ＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＳｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＰａｒａｓｉｔｉｃＲｅａｃｔｉｏｎｓｏｆａＮｉｃｋｅｌ￣ＲｉｃｈＬｉｔｈｉｕｍ￣ＩｏｎＣａｔｈｏｄｅ[Ｊ].ＣｈｅｍＭａｔｅｒꎬ２０１９ꎬ３１(８):２７２３￣２７３０.[１９]ＡｌｃáｎｔａｒａＲꎬＪａｒａｂａＭꎬＬａｖｅｌａＰꎬｅｔａｌ.Ｘ￣ＲａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＳｔｕｄｙｏｆＺｉｎｃＣｏａｔｅｄＬｉＮｉ０.５Ｍｎ１.５Ｏ４Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ[Ｊ].ＪＥｌｅｃｔｒｏａｎａｌＣｈｅｍꎬ２００４ꎬ５６６(１):１８７￣１９２.[２０]ＧｏｐａｌａｋｒｉｓｈｎａｎＲꎬＬｉＹꎬＳｍｅｋｅｎｓＪꎬｅｔａｌ.ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｍｐｅｄａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＰａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＬｉｔｈｉｕｍＮｉｃｋｅｌＭａｎｇａｎｅｓｅＣｏｂａｌｔＯｘｉｄｅＰｏｕｃｈＣｅｌｌｓ:ＤｅｐｅｎｄｅｎｃｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ[Ｊ].Ｉｏｎｉｃｓꎬ２０１９ꎬ２５:１１１￣１２３.ＦａｄｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＴｅｒｎａｒｙＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＰｏｗｅｒＢａｔｔｅｒｙＹＡＮＧＴａｏａꎬＬＩＵＷｅｎｆｅｎｇｂꎬｃꎬＭＡＭｅｎｇｙｕｅｃꎬＤＯＮＧＨｏｎｇｙｕｂ∗ꎬＹＡＮＧＳｈｕｔｉｎｇｂ∗(ａＨｅᶄｎａｎＬｉｔｈｉｕｍＰｏｗｅｒＣｏ.ꎬＬｔｄꎻｂＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｅᶄｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎻｃＴｈｅＢａｔｔｅｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｅｎａｎꎬＸｉｎｘｉａｎｇꎬＨｅᶄｎａｎ４５３０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｍｐｌｅｘｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓｄｕｒｉｎｇｂａｔｔｅｒｙｃｙｃｌｉｎｇꎬｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｂａｔｔｅｒｙꎬａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬａｆｔｅｒｄｉｓｍａｎｔｌｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｔｅｒｎａｒｙｎｉｃｋｅｌｃｏｂａｌｔｍａｎｇａｎｅｓｅ(ＮＣＭꎬＬｉＮｉ０.５Ｃｏ０.２Ｍｎ０.３Ｏ２)ｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙ(ＮＣＭＬＩＰＢ)ａｔ１Ｃｉｎｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｒａｎｇｅｏｆ３~４ ２Ｖｆｏｒ１０００ｃｙｃｌｅｓꎬｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｌｏｓｓｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｓａｂｏｕｔ２ ７３％ꎬａｎｄｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｌｏｓｓｏｆａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｓａｂｏｕｔ２ ４％.ＣｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅＸ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃａｔｈｏｄｅａｎｄａｎｏｄｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｃｙｃｌｉｎｇꎬｃａｐａｃｉｔｙｆａｄｅｏｆｃａｔｈｏｄｅｉｓｍａｉｎｌｙｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｂｒｅａｋａｇｅｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮＣＭｌａｙｅｒ.ＴｈｅｃａｐａｃｉｔｙｆａｄｅｏｆａｎｏｄｅｉｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｄａｍａｇｅｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｗｈｉｃｈｉｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＬｉ＋ｄｅ￣ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｃｙｃｌｉｎｇ.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｃａｔｉｏｎｄｉｓｓｏｌｖｅｓａｎｄｄｅｐｏｓｉｔｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓꎬａｎｄｃａｔａｌｙｚｅｓｔｈｅｓｉｄｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ/ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｏｒｅｓｕｌｔｉｎｅｘｃｅｓｓｉｖｅｆｉｌｍｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｌｏｓｓｏｆａｃｔｉｖｅｌｉｔｈｉｕｍꎬｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｒｏｃｅｓｓꎬｏｎｅｏｆｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｂａｔｔｅｒｙｆａｉｌｕｒｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ｔｅｒｎａｒｙｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓꎻｆａｄｅｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻｉｏｎｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎꎻｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙꎻｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙＲｅｃｅｉｖｅｄ２０２０￣０４￣２２ꎻＲｅｖｉｓｅｄ２０２０￣０６￣２３ꎻＡｃｃｅｐｔｅｄ２０２０￣０７￣２０Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ:ＤＯＮＧＨｏｎｇｙｕꎬａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｄｏｎｇｈｙ３７３＠１６３.ｃｏｍꎻＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ:ａｄｖａｎｃｅｄｅｎｅｒｇｙｍａｔｅｒｉａｌｓＣｏ￣ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ:ＹＡＮＧＳｈｕｔｉｎｇꎬｐｒｏｆｅｓｓｏｒꎻＴｅｌ/Ｆａｘ:０３７３￣３３２６４３９ꎻＥ￣ｍａｉｌ:ｓｈｕｔｉｎｇｙａｎｇ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍꎻＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ:ａｄｖａｎｃｅｄｅｎｅｒｇｙｍａｔｅｒｉａｌｓ。

三元锂电池的正极材料三元锂电池的正极材料是指由镍、钴、锰以及锂等元素合成的复合材料，也被称为镍钴锰酸锂材料，简称NCM材料。

三元锂电池是一种高能量密度和高安全性的锂离子电池，正极材料的性能对电池的性能有着重要影响。

三元锂电池的正极材料具有很多优点。

首先，NCM材料具有较高的比容量，即单位质量或单位体积的电池可以储存更多的电量。

这使得三元锂电池在同等体积和质量下能够提供更长的续航里程，因此在电动汽车和便携设备中得到广泛应用。

三元锂电池的正极材料还具有良好的高温性能。

相比于其他锂离子电池的正极材料，NCM材料在高温环境下的稳定性更高，能够保持较高的电化学性能和循环寿命。

这使得三元锂电池在高温环境下的工作更加可靠，能够满足一些特殊应用的需求。

三元锂电池的正极材料还具有较好的安全性能。

NCM材料相对于其他常用的正极材料来说，稳定性更高，不容易发生放电过程中的热失控等异常情况。

这使得三元锂电池在使用过程中更加安全可靠，大大降低了发生火灾和爆炸的风险。

然而，三元锂电池的正极材料也存在一些不足之处。

首先，NCM材料中含有的钴元素价格较高，这会直接增加电池的成本。

其次，随着充放电循环次数的增加，三元锂电池的正极材料会发生结构变化，导致电池容量的衰减。

这就意味着三元锂电池的循环寿命相对较低，需要更频繁地更换电池。

为了克服这些缺点，研究人员正在不断改进三元锂电池的正极材料。

一种方法是通过改变材料的化学成分和结构，提高电池的循环寿命和容量保持率。

另一种方法是探索新型的正极材料，如锰酸镍钴铝材料和锰酸镍钴钛材料，以进一步提高电池的性能。

总的来说，三元锂电池的正极材料是一种重要的电池材料，其性能直接影响着电池的性能和应用。

虽然存在一些缺点，但通过不断的研究和改进，相信三元锂电池的正极材料会变得更加优秀，推动锂离子电池技术的发展。

第8卷 第6期2019年11月储能科学与技术Energy Storage Science and Technology V ol.8 No.6Nov. 2019收稿日期：2019-05-02；修改稿日期：2019-06-10。

基金项目：国家重点研发计划资助（2018YFB0104400，2018YFB0905400）。

第一作者：陈晓轩（1995—），女，硕士研究生，研究方向为锂离子电池失效机理分析与电化学模拟，E -m a i l ：c x x 0205@126.锂离子电池三元层状氧化物正极材料失效模式分析陈晓轩1，李 晟1，胡泳钢1，郑时尧1，柴云轩1，李东江2，左文华1，张忠如1，杨 勇1（1厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室，化学与化工学院化学系，福建 厦门 361005；2德国尤里希研究所(IEK-9)，德国 尤里希 D-52425）摘 要：镍钴锰三元层状氧化物（NCM ）正极材料由于其优越的综合性能在动力/储能电池系统（ESS ）领域得到广泛应用。

虽然Ni 含量的增加可提高三元材料的比容量及电池的能量密度，但相关电池体系的容量保持率和安全性将会变差。

如何有效解决该矛盾是此类NCM 电池所面临的关键问题。

本文从NCM 电池体系循环过程中常见的体相结构破坏和正极-电解液界面组成改变两方面失效现象出发，结合近年来国内外对NCM 失效模式研究中所提出的新理论、方法、应用，从机械破坏、结构演变、电化学极化、化学副反应、正负极协同效应等多个角度对NCM 材料的衰退机理提出见解，对指导电池用户合理制定充放电协议、缓解电动汽车（EV ）里程焦虑乃至材料设计本身均有重要的指导及借鉴意义。

关键词：锂离子电池；三元正极材料；失效现象；老化机理；表界面行为；体相结构doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0111 开放科学（资源服务）标识码：中图分类号：O 646.21 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2019）06-1003-14Failure mechanism of Li 1+x (NCM)1-x O 2 layered oxide cathode material during capacity degradationCHEN Xiaoxuan 1, LI Sheng 1, HU Yonggang 1, ZHENG Shiyao 1, CHAI Yunxuan 1, LI Dongjiang 2,ZUO Wenhua 1, ZHANG Zhongru 1, YANG Yong 1(1Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, State Key Lab of Physical Chemistry of Solid Surface, Department of Chemical and Biological Engineering and Department of Chemistry, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian , China; 2Forschungszentrum Jülich, FundamentalElectrochemistry(IEK-9), D-52425 Jülich, Germany)Abstract: Ternary layered oxide (NCM) cathode materials are widely used in today's energy storage systems (ESS) due to their advantages of high energy/power density, high specific capacity and high oxidation-reduction potential (ORP). Cathode material specific capacity increases with the improvement of Ni content while its stability, safety and capacity retention rate are decreasing. So how to deal with this contradiction effectively is the key to develop ternary material system. This paper starts from the failure phenomenon on account of bulk phase structure destruction and cathode-electrolyte interface composition change during the cycle of NCM battery system. Combined with the new theory, new method and new application in the research of NCM failure mode at home and abroad in recent years, the possible decline mechanism and life decay reasons of mechanical damage, structural evolution, electrochemical polarization, chemical side reaction process and synergistic effect of cathode and anode electrodes are giving. The results guide users to rationally formulate com ；联系人：张忠如，高级工程师，研究方向为锂离子电池失效机理分析与电化学模拟，E-mail ：zrzhang@ ；杨勇，教授，研究方向为高能电池材料与电化学过程， E-mail ：yyang@ 。

镍钴锰三元层状正极材料镍钴锰三元层状正极材料是新一代锂离子电池中的重要材料之一、它具有较高的比容量、优秀的循环稳定性和较低的价格，因此被广泛研究和应用。

本文将从材料的结构特点、电化学性能和应用前景等方面对镍钴锰三元层状正极材料进行详细介绍。

镍钴锰三元层状正极材料的结构特点主要体现在其层状结构和复合金属离子的存在。

层状结构指的是材料中各层之间的金属氧化物层通过键连接而形成，这种结构可以提供较大的离子传导通道，提高材料的离子扩散速度。

而复合金属离子由镍、钴和锰三种金属离子组成，这种组合可以提供更多的容量和更丰富的电化学反应类型，从而提高电池的能量密度和循环稳定性。

镍钴锰三元层状正极材料在电化学性能方面表现出众。

首先是其较高的比容量，镍钴锰三元层状正极材料通常具有较高的锂离子嵌入/脱嵌电位，可以提供更多的嵌入/脱嵌位置来容纳锂离子，从而提高了比容量。

其次，镍钴锰三元层状正极材料具有良好的电化学稳定性，能够承受大量的充放电循环而不发生结构变化或容量衰减。

这主要归因于其结构中金属氧化物层之间的键连接，可以有效阻止层状结构的剥离和材料的团聚。

此外，镍钴锰三元层状正极材料还具有较高的导电率和较低的内阻，有利于电荷传输和降低电池的内阻，提高电池的性能。

在应用方面，镍钴锰三元层状正极材料在锂离子电池中有着广泛的应用前景。

首先是其在电动汽车和混合动力汽车中的应用。

镍钴锰三元层状正极材料具有较高的比容量和较低的成本，可以提高电动汽车的续航里程和降低电池成本，是实现电动汽车商业化的重要材料。

其次是其在移动电源和储能系统中的应用。

随着移动电子设备的普及和可再生能源的开发利用，储能技术迫切需要提高，而锂离子电池作为最具潜力的储能技术之一，镍钴锰三元层状正极材料的应用将会大大推动储能技术的发展。

此外，镍钴锰三元层状正极材料还可以在电池中与其他材料配对，形成高性能的多元复合材料，进一步提高电池性能。

总的来说，镍钴锰三元层状正极材料具有较高的比容量、优秀的循环稳定性和较低的价格，是新一代锂离子电池中的重要材料。

三元过渡金属镍钴锰复合氧化物摘要：三元过渡金属镍钴锰复合氧化物1.简介2.结构和性质3.制备方法4.应用领域5.前景展望正文：三元过渡金属镍钴锰复合氧化物，也称为NCM，是一种重要的锂离子电池正极材料。

近年来，随着电动汽车、储能等领域的快速发展，对高能量密度、高安全性、长寿命的锂离子电池需求不断增加，NCM材料因其优秀的性能而受到广泛关注。

1.简介三元过渡金属镍钴锰复合氧化物，主要由镍（Ni）、钴（Co）和锰（Mn）三种过渡金属元素组成。

其结构特点是具有相互连接的层状结构，类似于石墨烯。

NCM材料的电化学性能可以通过调整三种金属元素的比例来实现对锂离子电池性能的优化。

2.结构和性质CM材料的结构主要包括NiO2、CoO2和MnO2，其中Ni、Co、Mn原子交替排列。

这种结构有利于锂离子的扩散和电子传输，从而提高电池的电化学性能。

此外，NCM材料具有较高的理论容量，可以达到200mAh/g以上。

同时，其较好的热稳定性、环境友好性和较低的成本也使得NCM成为锂离子电池正极材料的热门选择。

3.制备方法CM材料的制备方法主要包括共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。

其中，共沉淀法是最常用的方法，因为它可以实现对NCM材料形貌和成分的良好控制。

制备过程中，通常需要对原料的比例、反应条件、沉淀时间等因素进行优化，以得到性能优良的NCM材料。

4.应用领域三元过渡金属镍钴锰复合氧化物广泛应用于锂离子电池的正极材料。

在新能源汽车、储能设备、消费电子等领域都有广泛应用。

尤其是随着电动汽车市场的快速增长，对高能量密度、高安全性、长寿命的锂离子电池需求不断增加，NCM材料的市场需求也逐年攀升。

5.前景展望随着科学技术的进步，对高性能锂离子电池的需求将持续增长。

三元过渡金属镍钴锰复合氧化物作为一种优秀的锂离子电池正极材料，具有很大的市场潜力和广泛的应用前景。

未来，通过材料制备技术、电极设计、电池管理等方面的创新，NCM材料将在电动汽车、储能等领域的应用得到进一步拓展。