如何提升三元材料的安全性？

三元電池材料，是指由三種電極材料共融而成的復(fù)合電極材料，理論上兼具每種電極材料的特性和優(yōu)勢。鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMn1-x-yO2)是目前最主流的三元電池材料，也被認(rèn)為是未來的發(fā)展趨勢。其以鈷鹽、錳鹽、鎳鹽為原料,通過調(diào)配鈷、錳、鎳三者的比例，來獲得不同的電極特性。

相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料，高鎳三元材料由于鎳元素比例的提高，在比能量上有更大的優(yōu)勢。從333、532，到622，再到811(鎳、鈷、錳三者的比例)，近年隨著研發(fā)的投入，三元材料高鎳進(jìn)程“根本停不下來”。

然而隨著鎳含量的提高，三元電池安全性的問題也一直困擾著業(yè)界。從去年年初開始的動力電池路線選擇壓制三元電池，以及年末對三元電池的解禁。這些都和今后動力電池使用哪個材料體系更加安全息息相關(guān)。

隨著NCM能量密度的不斷提高，材料的熱穩(wěn)定性會越來越差。下圖表述的是隨著Ni含量的升高材料的分解溫度逐漸下降。

目前，雖然發(fā)展高鎳三元電池材料的“調(diào)子”已定，為了在保持其高比能量的同時，兼顧循環(huán)壽命和安全性，國內(nèi)材料和電池企業(yè)可謂是苦心造詣，其安全問題仍在持續(xù)解決中。專家表示，三元高鎳材料的安全性可以通過材料改性優(yōu)化、表面包覆和調(diào)整電解液等方式來逐步解決。

①進(jìn)行陶瓷氧化鋁的包覆，Al2O3通過形成Al-O-F和Al-F層可以消耗電池體系中的HF，充電電壓可以提高到4.5V。

②控制Ni的含量在合理的范圍(811當(dāng)然比622更不穩(wěn)定)。

③進(jìn)行參雜其他金屬元素(Al，Mg，Ti，Zr)這些適當(dāng)?shù)膮㈦s包覆可以提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性以及循環(huán)的穩(wěn)定性等。

④采取添加劑優(yōu)化電解液，可以有效地促進(jìn)電極材料表面上形成高質(zhì)量的表面膜，同時抑制電解液的氧化分解。

⑤電解液中加入高沸點和閃點的阻燃添加劑，常見的有有機(jī)磷，氟代磷酸酯系列。

⑥陶瓷隔離膜的選擇，提高隔膜基材和涂層的厚度，使用新型的耐高溫收縮率低的無紡布材料等。

常見的還有不同正極材料的混合使用，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果，比如三元混合錳酸鋰改善電池的安全性。此外，業(yè)內(nèi)人士指出，高鎳三元材料電池對制造環(huán)境、生產(chǎn)設(shè)備、電芯制造工藝等方面也提出了更高的要求。

目前，高鎳三元材料的安全性和生產(chǎn)工藝是電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的難點，這也是當(dāng)前和今后一段時間電池研發(fā)的熱點方向。如能研究出更好的方法解決高鎳三元材料的安全性的問題，將極大地促進(jìn)高能量密度三元材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，早日實現(xiàn)2020年鋰離子電池的單體能量密度為350Wh/kg的目標(biāo)。