三元鋰電池的材料結構與工作原理是什么？

一、三元鋰電池結構

“三元鋰電池”全稱是“三元聚合物鋰電池”，三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰電池，三元復合正極材料前驅體產品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，里面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整，三元材料做正極的電池相對于鈷酸鋰電池安全性高。

鎳鈷錳三元正極材料結構特征：

鎳鈷錳三元材料通常可以表示為：LiNixCoyMnzO2，其中x+y+z=1。

依據3種元素的摩爾比(x∶y∶z比值)的不同，分別將其稱為不同的體系，如組成中鎳鈷錳摩爾比(x∶y∶z)為1∶1∶1的三元材料，簡稱為333型;摩爾比為5∶2∶3的體系，稱之為523體系等。333型、523型和811型等三元材料均屬于六方晶系的α-NaFeO2型層狀巖鹽結構。

例如：NCM811電池，811電池實際來說指的是電池的電極材料，從正極材料上面來說，主要是用80%的鎳、10%的鈷和10%的錳，簡單來說就是將電極的材料變成了8：1：1。

二、三元鋰電池工作原理

鎳鈷錳三元材料中，3種元素的的主要價態分別是+2價、+3價和+4價，Ni為主要活性元素。其充電時的反應及電荷轉移如下：

正極反應：LiMO2—→Li1-xMO2+xLi++xe-

負極反應：nC+xLi++xe-—→LixCn

電池總反應：LiMO2+nC—→Li1-xMO2+LixCn

它的陽極采用能吸藏鋰離子的碳極， 放電 時，鋰變成鋰離子，脫離電池陽極，到達鋰電池陰極。鋰離子在陽極和陰極之間移動，電極 本身不發生變化。這是鋰電池與金屬鋰電池本質上的差別。鋰電池的陽極為石墨晶體，陰極通常為二氧化鋰。充電時，陰極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向陽極運動與電 子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內陽極表面電離成鋰離子和電子，并在陰極處合成鋰原子。所以，在該電池中鋰永遠以鋰離子的形態出現，不會以金屬鋰的形態出現。

三元聚合物鋰電池在容量與安全性方面比較均衡的材料，循環性能好于正常鈷酸鋰，前期由于技術原因其標稱電壓只有3.5-3.6V，在使用范圍方面有所限制，但到目前，隨著配方的不斷改進和結構完善，電池的標稱電壓已達到3.7V，在容量上已經達到或超過鈷酸鋰電池水平。

三、三元鋰電池正確的充電方法

1.用配套的充電器，將三元鋰電池充滿后，輔充一個小時，就可以了。

2.放電到還剩20℅左右，再充電，過度放電會損壞三元鋰電池。

3.三元鋰充電時盡量一次充滿。

單節鋰電池的最高充電終止電壓為4.2V，不能過充，否則會因正極的鋰離子丟失太多而使電池報廢。對鋰電池充電時，應采用專用的恒流、恒壓充電器，先恒流充電至鋰電池兩端電壓為4.2V后，轉入恒壓充電模式；當恒壓充電電流降至100mA時，應停止充電。

放電時鋰離子不能全部移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則，電池壽命會縮短。為了保證石墨層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴格限制放電終止最低電壓，也就是說鋰電池不能過放電。

單節鋰電池的放電終止電壓通常為3.0V，最低不能低于2.5V。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關。電池放電時間(小時)=電池容量/放電電流，且鋰電池放電電流(mA)不應超過電池容量的3倍，例如：1000mAh的鋰電池，則放電電流應嚴格控制在3A以內，否則會使電池損壞。