正极三元材料NCM523、NCM811究竟谁的克容量更高？为什么正极材料都趋向高镍低钴？

三元523 811理论比能量一样?

■不同比例的三元正极材料的理论容量跟镍含量有什么关系

理论三元材料的容量计算，如下为各三元材料的质量分数计算

三元523的理论克容量计算

三元523(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)理论克容量计算

三元523相对质量分数为96.5545g/mol

1g的三元523物质的量：

1g÷96.5545g/mol=0.01035685mol

1g的三元523提供的电荷量：

0.01035685mol×96485.3383C/mol=999.284176C

换算单位：999.284176C÷3.6C=277.58mAh

那么理论克容量约为280mAh/g

三元811(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)理论克容量计算

NiCoMn的相对质量分数差不多，所以理论上523和811的理论克容量也相差无几。

理论与实际克容量

那么问题来了，为什么三元材料理论克容量一样的情况下，811比523具有更高的克容量呢?

原来容量和镍、钴的总含量相关，更确切的说，由于钴的含量一般是变化比较少的通常是0.2或0.3，那么最直接相关的就是镍的含量，由于镍在三元材料里面的价态呈现+2和+3两种价态，当有锂离子脱出的时候过渡金属镍发生变价来达到荷电平衡。正是由于Ni的这种多价态表现，它可以从+2变到+3，再由+3变到+4价，所以，镍含量越高，能够脱出的锂离子也就越多。

如果从能级分布来说的话，就是镍含量高的时候，过渡金属外层3D电子的能级和氧元素的2P轨道重叠度较大，所以能够脱出更多的锂离子，从而容量更高!

三元材料的容量会随着截止电压的升高而升高，比如如果你的电压范围在3.0-4.2V范围内的话，那么三元材料内的锂离子脱出数量大概为0.45-0.55mol左右，如果你提高放电电压至4.5V的话，那么脱出的锂离子量可能会达到0.60mol，而材料的容量与锂离子的潜入脱出数量是有很大关联的。因此正极脱出的锂离子越多，那么正极材料的克容量发挥就越大，单位质量材料放出的容量就越多，电池的容量也就越大。

sun等小组人员用半电池(Li作为负极)，在3~4.3V，25℃ 20mA/g(0.1C)条件下不同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。研究结果表明随着Ni含量的增加，比容量增加，测试结果如下图

随着国内市场对高比能量电芯的需求越来越迫切，各大电芯厂和材料厂商势必要加快推进高镍材料产业化。对于从业人员而言，正确认识和深刻理解高镍三元的机理与应用是做出具有竞争力产品的第一步!

原标题:干货 | 三元523 811理论比能量一样？锂电专家带你刨析原因！