三元材料在动力电池中的安全性问题

 

从能量密度的角度来说，三元材料比

LFP 和 LMO 有绝对的优势，但安全性能却是一直限

制其大规模应用的一个难题。
容量较大的纯三元电池很难通过针刺和过充等安全性测试，这也是大容量电池中一般都要
混合锰酸锂一起使用的原因。
从我了解到的情况来看，主要有如下几种解决三元安全性问题的方案。

1.选择安全性能最优配比的三元材料

众所周知，三元材料中的镍含量越高，材料的稳定性越差，安全性也就越差，目前安全性
最好的主流三元镍钴锰配比为

1:1:1，即通常所说的 111 三元，111 的三元之所以稳定性最

好，主要因为：
1）镍所占的比例较低（相对于 422 523 等），材料制备过程中更容易形成完整的层状结构，
同时兼顾了能量密度。
2）锰的比例较高（相对于 422 523 等），锰是三元材料中其结构稳定性的重要元素。
3）镍和锰的比例为 1:1，镍和锰同时为稳定性最高的正 2 价和正 4 价。

（在这里多说一句，

111 三元是最适合做高电压的三元材料，如果高电压电解液瓶颈突破，

其能量密度不会逊色于任何高镍的三元，循环和电极加工性能都要高几个档次。）

综上所述，在大容量纯三元电池中，

111 三元具有最好的安全性。

2.从三元材料本身进行改善

三元材料本身就是从掺杂中发展出来的新型材料，我们认为如果再在三元中掺杂其他元素，
不仅会对其电化学性能产生为止影响，还会对制备工艺提出更多要求，成本的提高同样会
限制三元在动力中的应用，而包覆工艺对于产品的一致性会产生影响，所以我们认为

在保

证产品适合产业化的前提下对于材料的安全性能进行改善才是能够使三元真正应用于动力
电池中的最好方法，所以在这里只说一下我们的改进方案。

之前说过很多次了，我们的三元材料是类似钴酸锂的一次颗粒，除了在压实密度和电极加
工性能方面有很大的优势之外，对于安全性也有提高，原因如下：
1）微米级的一次颗粒具有更完整的层状结构，层状结构越完整，材料的稳定性就越好，体
现为循环性能和安全性能的提高。
2）粒径较大的一次颗粒具有更好的动力学稳定性，之前听说国内某合资公司宣称用日本的
纳米级三元材料做出的动力电池安全性能如何如之何，至少在我看来，这么宣传的效果是
负面的，既然宣传纳米材料就应该重点宣传倍率性能而规避安全性，因为纳米级的材料本
身就具有很高的活性，纳米化使材料的稳定性和安全性不同程度的降低，我之所以提到微
米级，就是为了区别于纳米级。
3）把一次粒径做大的另一个优势就是降低了比表面积，减少了材料因为与电解液的接触造
成的副反应对于材料结构的破坏，对于循环和材料稳定性都很有帮助。
经管如此，我们认为三元材料在电池中的安全性是其本身的性质，就像锰酸锂的高温，即
使通过彻底改性，完全消除了锰酸锂的

3V 平台，形貌控制也做了很多优化，仍然需要电

解液和负极的匹配才能完全满足高温性能要求。下面从不同的角度的说一下如何像做好锰酸
锂的高温一样，做好三元在电池中的安全性。

1. 降低电池的充电上限电压。

目前国内某企业已经很好地解决了

35 安时纯三元电池的安全

性问题，其充电上限电压为

4.1V，这样对于整个电池体系的稳定性都有很好的提高。

2. 通过做聚合物纯三元电池来提高电池安全性能。

这里说的是真正意义上固体聚合物电解质

的锂离子电池，而不是通常意义上的软包电池，目前厦门某锂电厂做这个应该很有一套。

3. 尝试使用陶瓷隔膜。

陶瓷隔膜在隔膜表面涂覆三氧化二铝的一种隔膜，对于三元材料的安