各种锂离子电池正极材料分析

锂离子电池现使用的正极材料有如下几种：

1、钴酸锂

钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料，钴产生3.9V(vs. Li)的电势平

台，对钴酸锂而言，对应于其理论容量，高达274mAh/g，实际容量可达155mAh/g，

具有很高的能量密度。主要应用于便携电池领域：如手机，PDA；移动DVD；

MP3/MP4、笔记本电脑。

1）结构缺陷

对钴酸锂（LixCoO2，0<x<1）而言，当x=1 时，对应于其理论容量，高达

274mAh/g，但在实际的循环过程中，当x>0.55 时，材料的容量发生严重的退化，

其层状结构倾向于塌陷，使得实际可利用的容量不超过155mAh/g，为了能够更

多的利用LiCoO2 中的锂离子，人们采用掺杂、包覆等办法对其改性。目前，有

多种元素应用于LiCoO2 掺杂，但只有Mn 和Al 表现出较好的效果。

在Li 过分脱出时(E>4.2V 时)，LiCoO2 发生严重的过充现象，化学键发生断

裂而释出O2，导致体系的不稳定，甚至有使电池爆炸的危险。

2）资源缺乏

钴在我国属于稀缺资源，我国钴矿矿床规模较小，矿区储量大于2 万吨的只

有甘肃金川和青海德尔尼两处，矿区储量大于1 万吨的有河北、四川、海南、新

疆4 省。截至2006 年底，我国探明钴储量47.1 万吨。由于连年开采，我国钴储

量逐年减少。我国钴产量应该在4900 吨左右。2002 年我国钴消费量为4845 吨，

比2001 年增加了22%。从2002 年起，电池行业已超过硬质合金行业，成为我国

钴消费的第一大行业。由于目前我国未发现大规模有开采价值的钴矿，我国锂电

池正极材料用钴酸锂的生产基本上是从国外进口价格昂贵钴原料。

2、镍酸锂

Ni4+/Ni3+电对能产生3.75V 的电势平台。它能可逆的嵌脱0.7Li，具有接

近200mAh/g 的循环容量，但在实际中，很难得到这个结果。首先在高温下，由

于Li 的挥发，很难合成化学计量比LiNiO2，高温时六方相的LiNiO2 很容易向

立方相的LiNiO2 转变，这种锂镍置换的立方相的没有电化学活性，而且这个反

应的逆过程很慢并且不完全。此外在充放电过程中，LiNiO2 还会发生一系列的

结构变化，而导致嵌锂容量的损失。实际上镍酸锂无太大实用价值。

3、镍钴二元材料和多元复合材料

LiCoO2 价格昂贵，LiNiO2 合成困难，如果能够结合二者的优点，用价格相

对低廉的Ni 替代部分Co，合成具有LiCoO2 一样优良电化学性能地电极材料，

那么将具有广阔的应用前景。由于半径相近，Ni 和Co 几乎可以以任何比例形成

固溶体。近几年来，多元混合掺杂的层状氧化物得到了大量的研究，不同金属原