鎳鈷錳酸鋰(簡稱NCM或NMC)是一種廣泛應用于鋰離子電池正極材料的三元復合氧化物,化學通式為LiNixCoyMnzO2(其中x+y+z=1)。這種材料通過調節鎳、鈷、錳三種過渡金屬的比例(如常見配比NCM523、NCM622或NCM811),能顯著影響電池的能量密度(普遍達180-220Wh/kg)、循環壽命(2000次以上)和熱穩定性。其獨特的層狀α-NaFeO2型晶體結構,為鋰離子提供了高效的脫嵌通道,成為動力電池領域的主流選擇。
在實際應用中,鎳含量的提升能增加材料比容量(如NCM811可達200mAh/g以上),但也可能降低結構穩定性;鈷元素有助于提高導電性和倍率性能(0.2C至3C充放電范圍),但成本較高;錳的加入則能增強熱安全性(熱分解溫度超過200℃)。需要特別關注的是,最新研發的鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等衍生材料,通過鋁元素部分替代錳,進一步優化了高溫性能(工作溫度范圍-20℃至60℃)。這些特性使鎳鈷錳酸鋰電池成為電動汽車(如特斯拉Model 3長續航版)和儲能系統的核心組件。
從制備工藝來看,通常采用共沉淀法合成前驅體NixCoyMnz(OH)2,再通過高溫固相反應(燒結溫度700-900℃)與鋰源混合制備。產業界正通過摻雜包覆(如Al2O3表面修飾)和單晶化處理等手段,持續改善其振實密度(≥3.4g/cm3)和界面穩定性。隨著全球對高能量密度電池需求增長,鎳鈷錳酸鋰材料正在向低鈷化(鈷含量<10%)方向發展,這既降低了原材料成本波動風險,也符合歐盟電池新規(2027年鈷回收率需達90%)等環保要求。