中國粉體網(wǎng)訊  在三元材料出現(xiàn)之前，已經(jīng)有了鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰等正極材料。這些材料存在多多少少的問題，為了改善這些材料的性能，研究者們嘗試向其中加入其他物質(zhì)，三元正極材料應(yīng)運(yùn)而生。

鈷酸鋰：具有理論比容量高、循環(huán)性能優(yōu)異、放電平臺(tái)平穩(wěn)、工作電壓高和合成工藝相對簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是鈷因價(jià)格較高、抗過充能力較差和污染較大等缺點(diǎn)制約了它的發(fā)展。

鎳酸鋰：雖然具有比容量較大的優(yōu)點(diǎn)，但易生成非化學(xué)計(jì)量比的產(chǎn)物導(dǎo)致結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性較差。

錳酸鋰：錳具有資源豐富、價(jià)格便宜、安全性能高和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，這使得作為正極材料的錳酸鋰具有良好的應(yīng)用前景。錳酸鋰有尖石結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄及層狀結(jié)構(gòu)的LiMnO₂這兩種結(jié)構(gòu)，其中層狀LiMnO₂材料的比容量較大，但存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的特點(diǎn)；尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn₂O₄具有價(jià)格低廉、安全性能優(yōu)異、對環(huán)境友好、充放電電壓高的優(yōu)點(diǎn)，但存在高溫下容量衰減較嚴(yán)重、比容量較低等缺點(diǎn)。

三元材料的協(xié)同作用

在三元材料中，過渡元素Ni、Co、Mn在3b位置無序排列，具有明顯的三元協(xié)同效應(yīng)，可以結(jié)合單一組分優(yōu)點(diǎn)提高材料的整體性能，具有能量密度高、成本低、環(huán)境友好、市場前景與發(fā)展?jié)摿�較好的優(yōu)勢。

首先，Ni的存在有助于提高電池容量，但是Ni²⁺的半徑（0.069nm）與Li⁺的半徑（0.076nm）接近，所以Li⁺易與Ni²⁺混排造成鋰析出，導(dǎo)致材料的循環(huán)性能變差。

摻入Co³⁺能夠抑制Li⁺與Ni²⁺混排，有利于材料層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定從而提高充放電容量及深度放電能力，并可對材料表面的氧化起到抑制作用，提高鋰離子的脫嵌速度及高倍率放電性能。

Mn⁴⁺在材料充放電過程中不參與氧化-還原反應(yīng)，整個(gè)電化學(xué)過程中保持良好的惰性，提高了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及材料的安全性能，但含量過高會(huì)使容量降低，破壞材料的層狀結(jié)構(gòu)。

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專家簡介

唐有根，男，漢族，湖南漣源人，1962年10月出生，博士�，F(xiàn)任中南大學(xué)二級教授、博士生導(dǎo)師，化學(xué)電源與材料研究所所長，化學(xué)電源湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，金屬燃料電池工程技術(shù)中心（籌）主任。

主要從事先進(jìn)電池、新能源材料和應(yīng)用電化學(xué)等方面的教學(xué)、科研和開發(fā)工作。承擔(dān)10余項(xiàng)國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目、國家“863”高技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、解放軍武器裝備高新工程攻關(guān)項(xiàng)目和企業(yè)重大招標(biāo)與技術(shù)轉(zhuǎn)讓等項(xiàng)目，科研經(jīng)費(fèi)2000多萬元。先后榮獲省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)12項(xiàng)，獲國家發(fā)明專利20項(xiàng)。出版專著和教材5部，在國內(nèi)外重要期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，Ei和Sci檢索論文200多篇。獲2000年寶鋼教育基金優(yōu)秀教師獎(jiǎng)和2014年鑫恒教育基金優(yōu)秀教師獎(jiǎng)。