三元523 811理論比能量一樣？

不同比例的三元正極材料的理論容量跟鎳含量有什么關系

理論三元材料的容量計算，如下為各三元材料的質量分數計算

三元523的理論克容量計算

三元523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)理論克容量計算

三元523相對質量分數為96.5545g/mol

1g的三元523物質的量：

1g÷96.5545g/mol=0.01035685mol

1g的三元523提供的電荷量：

0.01035685mol×96485.3383C/mol=999.284176C

換算單位：999.284176C÷3.6C=277.58mAh

那么理論克容量約為280mAh/g

三元811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)理論克容量計算

NiCoMn的相對質量分數差不多，所以理論上523和811的理論克容量也相差無幾。

理論與實際克容量

那么問題來了，為什么三元材料理論克容量一樣的情況下，811比523具有更高的克容量呢?

原來容量和鎳、鈷的總含量相關，更確切的說，由于鈷的含量一般是變化比較少的通常是0.2或0.3，那么最直接相關的就是鎳的含量，由于鎳在三元材料里面的價態呈現+2和+3兩種價態，當有鋰離子脫出的時候過渡金屬鎳發生變價來達到荷電平衡。正是由于Ni的這種多價態表現，它可以從+2變到+3，再由+3變到+4價，所以，鎳含量越高，能夠脫出的鋰離子也就越多。

如果從能級分布來說的話，就是鎳含量高的時候，過渡金屬外層3D電子的能級和氧元素的2P軌道重疊度較大，所以能夠脫出更多的鋰離子，從而容量更高!

三元材料的容量會隨著截止電壓的升高而升高，比如如果你的電壓范圍在3.0-4.2V范圍內的話，那么三元材料內的鋰離子脫出數量大概為0.45-0.55mol左右，如果你提高放電電壓至4.5V的話，那么脫出的鋰離子量可能會達到0.60mol，而材料的容量與鋰離子的潛入脫出數量是有很大關聯的。因此正極脫出的鋰離子越多，那么正極材料的克容量發揮就越大，單位質量材料放出的容量就越多，電池的容量也就越大。

sun等小組人員用半電池(Li作為負極)，在3~4.3V，25℃ 20mA/g(0.1C)條件下不同Ni，Co，Mn含量Li[NixCoyMnz]O2(x=1/3、0.5、0.6、0.7、0.8和0.85)的比容量。研究結果表明隨著Ni含量的增加，比容量增加，測試結果如下圖

隨著國內市場對高比能量電芯的需求越來越迫切，各大電芯廠和材料廠商勢必要加快推進高鎳材料產業化。對于從業人員而言，正確認識和深刻理解高鎳三元的機理與應用是做出具有競爭力產品的第一步!