三元锂电池的结构与基本原理

1.三元锂电池结构

“三元锂电池”全称是“三元聚合物锂电池”，三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高。

镍钴锰三元正极材料结构特征：

三元理电池结构图

镍钴锰三元材料通常可以表示为：LiNixCoyMnzO2，其中x+y+z=1。

依据3种元素的摩尔比(x∶y∶z比值)的不同，分别将其称为不同的体系，如组成中镍钴锰摩尔比(x∶y∶z)为1∶1∶1的三元材料，简称为333型;摩尔比为5∶2∶3的体系，称之为523体系等。333型、523型和811型等三元材料均属于六方晶系的α-NaFeO2型层状岩盐结构。

例如：NCM811电池，811电池实际来说指的是电池的电极材料，从正极材料上面来说，主要是用80%的镍、10%的钴和10%的锰，简单来说就是将电极的材料变成了8：1：1。

2.三元锂电池工作原理

镍钴锰三元材料中，3种元素的的主要价态分别是+2价、+3价和+4价，Ni为主要活性元素。其充电时的反应及电荷转移如下：

正极反应：LiMO2—→Li1-xMO2+xLi++xe-

负极反应：nC+xLi++xe-—→LixCn

电池总反应：LiMO2+nC—→Li1-xMO2+LixCn

它的阳极采用能吸藏锂离子的碳极， 放电 时，锂变成锂离子，脱离电池阳极，到达锂电池阴极。锂离子在阳极和阴极之间移动，电极 本身不发生变化。这是锂电池与金属锂电池本质上的差别。锂电池的阳极为石墨晶体，阴极通常为二氧化锂。充电时，阴极中锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向阳极运动与电 子合成锂原子。放电时，锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子和电子，并在阴极处合成锂原子。所以，在该电池中锂永远以锂离子的形态出现，不会以金属锂的形态出现。

三元聚合物锂电池在容量与安全性方面比较均衡的材料，循环性能好于正常钴酸锂，前期由于技术原因其标称电压只有3.5-3.6V，在使用范围方面有所限制，但到目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。

3.三元锂电池正确的充电方法

(1)用配套的充电器，将三元锂电池充满后，辅充一个小时，就可以了。

(2)放电到还剩20℅左右，再充电，过度放电会损坏三元锂电池。

(3)三元锂充电时尽量一次充满。

单节锂电池的最高充电终止电压为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子丢失太多而使电池报废。对锂电池充电时，应采用专用的恒流、恒压充电器，先恒流充电至锂电池两端电压为4.2V后，转入恒压充电模式;当恒压充电电流降至100mA时，应停止充电。

放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命会缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。

单节锂电池的放电终止电压通常为3.0V，最低不能低于2.5V。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间(小时)=电池容量/放电电流，且锂电池放电电流(mA)不应超过电池容量的3倍，例如：1000mAh的锂电池，则放电电流应严格控制在3A以内，否则会使电池损坏。

审核编辑：汤梓红