习惯上，我们所说的三元材料一般是指镍钴锰酸（suān）锂NCM正极材料(实际上也有负极三元（yuán）材料)，Ni、Co、Mn三种金属元素可以（yǐ）按照不同的配比得出不（bú）同种类的三元材料（liào）。

通式为LiNi1-x-yCoxMnyO2，常见的（de）配比有111,424,523,622,811，大家注意以上比例的排（pái）序是N:C:M，中国和国外的叫法不一样。此外还要注意的一点就是NCA材料虽然经常和NCM一起被提及，但准确的说NCA材料算（suàn）是二元高Ni材料（liào），不能列在三元材料（liào）里面。

三元材料的合成方法对比

化学共沉（chén）淀（diàn）法,又分为直接化学共沉（chén）淀（diàn）法和间（jiān）接化学共沉淀法。一般是把（bǎ）化学原料以（yǐ）溶液状态（tài）混（hún）合，并向溶液中加入适当的沉淀剂，使溶液中已经混合均匀的各个组（zǔ）分按（àn）化学（xué）计量比共沉淀出来，或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产物（wù），再把它煅烧分解制备出微细粉料（liào）。

直接化学（xué）共沉淀法是将Li、Ni、Co、Mn盐同（tóng）时共沉淀，过滤洗涤干燥后再进行（háng）高温焙烧。间接化学共沉淀法是先合成Ni、Co、Mn三元混合共（gòng）沉淀，过滤洗涤干燥（zào）后与锂盐混合烧结；或者在生成Ni、Co、Mn三（sān）元混合共沉淀后（hòu）不经过（guò）过滤而是将包含锂（lǐ）盐和混合共沉淀的溶液蒸发或冷（lěng）冻（dòng）干燥，然后再对干燥物进行高温焙烧。

与传统的固相合成技术相比，采用共沉淀方法可以使材料达到分子或原子线（xiàn）度化学计量比混合，易（yì）得到粒径小、混合（hé）均匀（yún）的前驱体，而且煅烧的温度较低，合成产物（wù）组分均（jun1）匀，重现性好，条件容（róng）易控制，操作简单，商业化生（shēng）产采用此（cǐ）方法。此外还有其他的方法如固相合成法，溶胶-凝胶法（fǎ）等。

三种元（yuán）素的作用和优缺点

NCM622材（cái）料结构示意图（tú）

引入3+Co：减少阳（yáng）离（lí）子混合占位，稳定材料的层（céng）状结构，降低阻抗值，提高电导率，提高循环和倍率性能（néng）。

引入2+Ni：可提高材料的（de）容量(提高材料的体积能量密度)，而（ér）由于（yú）Li和Ni相似的半径，过多的Ni也会因为与Li发生位错现象导（dǎo）致锂（lǐ）镍混排（pái），锂层中（zhōng）镍离子浓度越大，锂（lǐ）在层状结（jié）构中的脱嵌（qiàn）越难，导致电化学性能变差。

图（tú）中(b)给出了Ni和（hé）Li的混排示意图

引入4+Mn：不仅可以降低（dī）材料成本，而且还可以提（tí）高材料的安全性和稳定性。但过（guò）高的Mn含量会容易出现尖晶石相而破坏层状结构, 使容量降低，循环衰减。

三（sān）元材料高PH影响？

我们都知道，高Ni三元材料是未来高能量密度动（dòng）力电池应用（yòng）方向，可是为何一直用不好呢？这（zhè）其中一个最重要的（de）原因就是材料碱性大，浆料吸水后极容易造成果冻。其对生产环境和工艺（yì）控制能（néng）力的要求，我们压根就（jiù）用不好。降低表面（miàn）残碱含量对于（yú）三元材料在电池里的应用具有非常重要的意义。

高Ph来自于哪里？这是因为三（sān）元材料合成中（zhōng）锂盐过量，多余（yú）的锂盐在高温煅烧后的产物主要是Li的氧化物，与空气中的（de）H2O和CO2反应再次生（shēng）成（chéng）LiOH和Li2CO3，残留在材料表面，使材料的pH 值较高。

此外，在高Ni体（tǐ）系中由于（yú）化合价平衡的（de）限制，使材料中Ni有一部（bù）分以3+的形式存在，而多余的Li 在材料表面易形（xíng）成LiOH和Li2CO3，Ni含量越高表面含碱量（liàng）越大，匀浆和涂布过程中越容易（yì）吸水（shuǐ）造成浆料果冻状。

同时, 需要注意的是这些（xiē）残留的锂盐不仅电化学活性较大, 而且因碳酸锂等在（zài）高压下分解导致电池充放电过程中（zhōng）电池的产气现象。

如何降低三元材料的PH？

一般（bān）从源头来控制前驱体的PH和生产环境，降低锂盐比例，调（diào）整烧结制度，让（ràng）锂（lǐ）能快速扩散到晶体内部。对材（cái）料水洗，然后二次（cì）烧结降低表面残碱含量（liàng），但相应的会损失一部分电性能（néng）。表（biǎo）面包覆（fù）也是降（jiàng）低三元材料表面残碱含量的有效方法。

三元材料改性方法？

用金（jīn）属氧化物(Al2O3，TiO2，ZnO，ZrO2等)修饰三元材料表面（miàn），使材料与电解液机（jī）械分开，减少材料与电解液副反应（yīng），抑制金属离子的（de）溶解，ZrO2、TiO2和Al2O3氧化物的包覆能阻止充放电过程中阻抗变大（dà），提高材料的循环性能，其中 ZrO2的包覆引发（fā）材料表（biǎo）面阻抗增大幅度最小，Al2O3的包覆不会降低初始放电容量。

如何提高三元（yuán）材料的安全性？

三元电池特别是111体系以上的三元电池安全性一直困扰（rǎo）着业界，从去年年初开始的动力电池路线选择（zé）压制三元电池，以及年（nián）末对三元电池（chí）的解禁。这些（xiē）都和今后动力电池使用哪个材料体系更加安全息息相（xiàng）关。

而且随着NCM能量密度的不断提高，材料的热稳定性会越来越差。下图表述的是随着Ni含量的升高材料的分解温度逐渐下降。

如何提高三元材料的安全性？简单（dān）说几点比较重要的。首先（xiān）从三元材料本身来讲：

①、进（jìn）行陶瓷氧化铝的包覆，Al2O3通过形成Al-O-F 和Al-F 层可以消耗电池体系中的HF，充电电压可（kě）以提高到 4.5V；

②、控制Ni的含量在合理的范围(811当然比622更不稳定)；

③、进行参杂其他金属元素(Al ，Mg ，Ti，Zr)这些适当的参杂（zá）包覆可（kě）以（yǐ）提高材料的结构（gòu）稳定性，热稳定性以及循环的稳定（dìng）性等。

其次，在和电池体系中其（qí）他材料（liào）的配合上也要下功夫研究：

①、电解液中加入高沸点和闪点的阻燃添加剂，常见的（de）有有机磷，氟代磷酸酯系列；

②、陶瓷隔离膜的选择，提高隔膜基材和涂（tú）层的厚度，使用新型（xíng）的耐（nài）高温 收缩率低的无纺布材料等。

此外，常见的还有不同正极（jí）材料的混（hún）合使用，达到优势互补的效果，比如三元混合锰酸锂改善电池（chí）的安全性。个（gè）人认为，国内短期内可以规模化应用的三元（yuán）材料为622体系，更（gèng）高的体系甚至NCA用到动（dòng）力电池体系以（yǐ）国内（nèi）现有的（de）技（jì）术水平很难驾驭。