锂离子电池三元正极材料的研究进展

　　摘要：本文综述了锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物

Li-Ni-Co-

Mn-O 的研究进展，讨论了三元材料的结构特性与电化学反应特征，重点介绍
了三元材料的制备方法和掺杂、表面修饰等改性手段，并分析了三元材料目前存
在的问题和未来的研究重点。

　　关键词：锂离子电池；

Li-Ni-Co-Mn-O；层状结构；制备方法；改性

　　

Abstract: The research progress of the ternary transition metal oxides LiNi1-x-

yCoxMnyO2 as layered cathode materials for lithium ion batteries is reviewed. The 
structure and electrochemical performances of the materials are discussed. Various 
synthesis methods, doping and surface-modification approaches are introduced in 
detail. Finally, the current main problems and further research trend of the materials 
are pointed out.

　　

Key words: lithium ion battery; cathode; layered structure; synthesis methods; 

modification

　　

1、引言

　　锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青
睐

[1, 2]

，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的

要求。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。

　　目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石
结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。其中，钴酸锂（

LiCoO

2

）制备工艺简单，

充放电电压较高，循环性能优异而获得广泛应用。但是，因钴资源稀少、成本较
高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制

[3, 4]

。镍酸锂

（

LiNiO

2

）比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性

和热稳定性差

[5]

。锰酸锂除了尖晶石结构的

LiMn

2

O

4

外，还有层状结构的

LiMnO

2

。其中层状

LiMnO

2

比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，

存在

Jahn-Teller 效应而循环性能较差

[6]

。尖晶石结构

LiMn

2

O

4

工艺简单，价格低

廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量
衰减较严重

[7]

。磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在

放电电压低（

3.4V）、振实密度低、尚未批量生产等不足。上述几种正极材料的缺

点都制约了自身的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。

　　

LiCoO

2

，

LiNiO

2

同为

α-NaFeO

2

结构，且

Ni、Co、Mn 为同周期相邻元素，因

此它们能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变，具有很好的结构
互补性。同时，它们在电化学性能上互补性也很好

[8]

。因此，开发复合正极材料

成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。其中，层状

Li-Ni-Co-Mn-O 系列材料

（简称三元材料）较好地兼备了三者的优点，弥补了各自的不足，具有高比容