中國儲能網(wǎng)訊：鈷酸鋰（LiCoO2）正極材料為層狀結(jié)構(gòu)，空間群為R3m，氧原子構(gòu)成
立方密堆序列，鈷和鋰則分別占據(jù)立方密堆積中八面體的3(a)與3(b)位置；在充放電過程中，材料的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，具有比較好的循環(huán)性能，而且LiCoO2 在可逆性、放電容量、充電效率、電壓穩(wěn)定性等各方面性能均最好。在鋰離子電池正極材料中，鈷酸鋰是迄今為止制備方法比較簡單的材料，其生產(chǎn)工藝最為成熟，用其制造的電池的性能最為可靠，是獲得了最廣泛商業(yè)應(yīng)用的鋰離子電池的正極材料；鈷酸鋰還具有較高的容量和較長的使用壽命，當(dāng)前國內(nèi)外鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)以使用鈷酸鋰材料為主。由于鈷屬于戰(zhàn)略物資，在中國未發(fā)現(xiàn)大規(guī)模有開采價值的鈷礦，鈷資源基本依賴進口，價格昂貴，安全性較差，限制了鋰離子電池在廣泛領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用。其替代材料正在被開發(fā)中，其中最有希望的有如下幾種：
（1）鋰鎳氧化物（LiNiO2）
LiNiO2 是目前研究的各種正極材料中電容量最高的系列，是非常有希望的高電壓電池活性材料， LiNiO2 曾被認為是最有希望成為LiCoO2 的替代材料之一，其容量（190210mAh/g）遠遠高于LiCoO2 材料（135 mAh/g），而且自放電率低，對環(huán)境無污染，在價格和資源上也比LiCoO2 有優(yōu)勢。法國SAFT 和日本“新陽光計劃”均在致力于LiNiO2 與其他正極材料替代品的開發(fā)，用以提高鋰離子電池的電容量和降低其成本；國內(nèi)也有不少單位在這方面進行研究，但是投入均相對較少，進展較慢。當(dāng)前，LiNiO2 之所以尚未得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，主要原因是因為LiNiO2 的合成技術(shù)比較難掌握，其一：LiNiO2 的合成需要在氧氣氣氛下進行，增大了工業(yè)生產(chǎn)的負荷，其二：在合成的過程中，產(chǎn)物易受環(huán)境中所含水份的影響，故而對生成環(huán)境要求非常嚴格，較難實現(xiàn)大批量的生產(chǎn)。
（2）鋰錳氧化物（LiMnxOy）
LiMnxOy 系列主要有三種結(jié)構(gòu)：隧道結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)不同合成方法也不同，其組成也有差別；其中，層狀結(jié)構(gòu)的LiMnO2目前的研究成果還不夠成熟。而處于同系列的LiMn2O4 是目前研究比較熱的材料、也是相對比較成熟的鋰離子電池正極材料之一，鋰錳氧化物（LiMn2O4）系尖晶石型結(jié)構(gòu)，氧原子構(gòu)成立方密堆積（CCP）序列，Li在CCP 堆積的四面體間隙位置（8a），而Mn 則在CCP 堆積的八面體間隙位置(16d)上，Li 可以在（LiMn2O4）骨架提供的二維隧道中實現(xiàn)脫嵌。該體系具有制備容易、污染低、價格便宜等特點，因而引起研究者的極大興趣, 但相對于其它正極材料體系而言， 該體系比容量較低（110mAh/g）、高溫電容量衰減較快，故而提高其可逆比容量及改善其高溫電化學(xué)性能成為LiMn2O4 正極材料體系的研究焦點之一；據(jù)報道，云南匯龍科技有限公司已開始生產(chǎn)尖晶石型錳酸鋰。然而，由于錳在其氧化物結(jié)構(gòu)中的價態(tài)比較復(fù)雜，因而不易掌握制備方法和充放電條件。
（3）鋰釩氧化物（Li1+χV3O8）
Li1+χV3O8 體系屬于單斜晶系，呈層狀結(jié)構(gòu)，空間群為P21m,其結(jié)構(gòu)單元是兩層V3O8 結(jié)構(gòu)，中間夾有Li 離子的MXM（V3O8-Li-V3O8）夾心餅，Li+占據(jù)八面體間隙位置，額外的Li+（與χ 相對應(yīng)）嵌入到層間，并占據(jù)四面體間隙位置；Li1+χV3O8 具有Li 的嵌入量大（χ 可達4.5）、比能量高、放電容量大、可逆性較好等特點；但隨著Li 離子的嵌入量不同,其晶體結(jié)構(gòu)易發(fā)生改變,從而導(dǎo)致大的殘余容量,放電電壓也隨之變化,造成放電電壓曲線不平坦，故其作為實用化的正極材料尚有一定的局限性。
（4）鋰鎳鈷氧化物（LiNi x Co1-xO2） 和鋰鎳鈷錳氧化物（ LiNi xCo1-2xMnxO2）LiNixCo1-xO2 是用部分Ni 取代Co 得到的，LiNi xCo1-2xMnxO2 是用部分Ni 和Mn 取代Co 得到的，它們屬于摻雜體系，結(jié)構(gòu)與LiCoO2、LiNiO2相似，綜合了LiCoO2、LiNiO2 材料的共同優(yōu)點，具有成本較低、容量較高（130—200mAh/g 之間）和較好的循環(huán)穩(wěn)定性等特點，因而是當(dāng)前鋰離子電池正極用材料的研究熱點之一。國外已有將LiNi x Co1-xO2 和LiNi xCo1-2xMnxO2 批量投入商業(yè)使用的報道。以上鋰離子電池及其正極材料都在研究開發(fā)之中，至今尚未形成批量產(chǎn)品。
（5）磷酸鐵鋰（LiFePO4）
隨著科學(xué)技術(shù)的進步，鋰離子電池制造和銷售都在快速發(fā)展，鋰離子電池逐漸在動力、儲能等大容量電池領(lǐng)域得到應(yīng)用，但是由于鈷資源緊缺，而且氧化鈷鋰的熱穩(wěn)定性相對較差，難以滿足這一要求。磷酸鹽正極材料作為大容量電池應(yīng)用的首選材料備受矚目， 它具有高容量、低價格、原料來源豐富、環(huán)境友好、安全性出色等氧化鈷鋰難以比擬的優(yōu)點。眾多的應(yīng)用試驗結(jié)果已經(jīng)證明，以磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子二次電池具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和穩(wěn)定的循環(huán)充放電性能，完全可以應(yīng)用到諸如電動汽車、低谷電力儲藏、風(fēng)力與太陽能發(fā)電電能儲藏、應(yīng)急電力儲備和車用輔助電源等。
隨著磷酸鐵鋰技術(shù)的逐漸成熟，其電導(dǎo)率低、低溫放電性能差的弱點已經(jīng)被克服，磷酸鐵鋰大規(guī)模應(yīng)用的時代已經(jīng)到來。
