1.正極材料

首先，我們來看看正極材料，正極材料的選擇，重要基于以下幾個因素考慮：

1)具有較高的氧化還原反應電位，使鋰離子電池達到較高的輸出電壓；

2)鋰元素含量高，材料堆積密度高，使得鋰離子電池具有較高的能量密度；

3)化學反應過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要好，使得鋰離子電池具有長循環(huán)壽命；

4)電導率要高，使得鋰離子電池具有良好的充放電倍率性能；

5)化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性要好，不易分解和發(fā)熱，使得鋰離子電池具有良好的安全性；

6)價格便宜，使得鋰離子電池的成本足夠低；

7)制造工藝相對簡單，便于大規(guī)模生產(chǎn)；

8)對環(huán)境的污染低，易于回收利用。

當前，鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、安全性等一些關鍵指標，重要受制于正極材料。鈷酸鋰的商業(yè)化應用走的最早，第一代商業(yè)化應用的鋰離子電池就是SONY在1990年推向市場的鈷酸鋰離子電池，隨后在消費類產(chǎn)品中得到大規(guī)模應用。隨著手機、筆記本、平板電腦的大規(guī)模普及，鈷酸鋰一度是鋰離子電池正極材料中銷售量占比最大的材料。但其固有的缺點是質(zhì)量比容量(不等同于能量密度)低，理論極限是274mAh/g，出于正極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性考慮，實際只能達到理論值的50%，即137mAh/g。同時，由于地球上鈷元素的儲量比較低，也導致鈷酸鋰的成本偏高，難以在動力鋰電池領域大規(guī)模普及，所以鈷酸鋰正極材料將被其他材料逐步取代。

由于穩(wěn)定性，安全性，材料合成困難等方面的缺點，鎳酸鋰的商業(yè)應用較少，市場上很少看到，這里不做論述。

錳酸鋰的商業(yè)化應用，重要在動力鋰電池領域，是鋰離子電池一個比較重要的分支。如日產(chǎn)的leaf純電動轎車采用了日本AESC公司的錳酸鋰離子電池，早期的雪弗蘭Volt也采用韓國LG化學的錳酸鋰離子電池。錳酸鋰的突出優(yōu)點是成本低，低溫性能好，缺點是比容量低，極限在148mAh/g，且高溫性能差，循環(huán)壽命低。所以錳酸鋰的發(fā)展有明顯的瓶頸，近年來的研究方向重要是改性錳酸鋰，通過摻雜其他元素，改變其缺點。

磷酸鐵鋰材料在我國熱過一陣子，一方面受美國科研機構(gòu)和公司在技術方面的帶動，另一方面受比亞迪在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化推動，前幾年國內(nèi)的鋰離子電池公司在動力鋰電池領域基本都以磷酸鐵鋰材料為主。但是隨著全球各國對鋰離子電池能量密度的要求越來越高，而磷酸鐵鋰的比容量理論極限是170mAh/g，而實際上只能達到120mAh/g左右，已經(jīng)無法滿足當前和未來的市場需求。此外，磷酸鐵鋰的倍率性能一般，低溫特性差等缺點，也限制了磷酸鐵鋰的應用。最近比亞迪搞出了一個改性磷酸鐵鋰材料，把能量密度提升了不少，還未透露具體的技術細節(jié)，不了解摻雜了什么材料在里面。就產(chǎn)品應用領域而言，電力儲能市場應該是磷酸鐵鋰離子電池的一個重要市場，相對而言，這個市場對能量密度不是特別敏感，而對長壽命，低成本，高安全性電池的迫切需求，正是磷酸鐵鋰材料的優(yōu)勢所在。

日韓公司在近幾年大力推動三元材料的應用，鎳鈷錳三元材料逐漸成為市場的主流，國內(nèi)公司也采取跟隨策略，逐步轉(zhuǎn)向三元材料。三元材料的比容量較高，目前市場上的產(chǎn)品已經(jīng)可以達到170~180mAh/g，從而可以將電池單體的能量密度提高到接近200Wh/kg，滿足電動汽車的長續(xù)航里程要求。此外，通過改變?nèi)牧系呐浔?x，y的值)，還可以達到良好的倍率性能，從而滿足PHEV和HEV車型對大倍率小容量鋰離子電池的需求，這也正是三元材料大行其道的原因。從化學式可以看出，鎳鈷錳三元材料綜合了鈷酸鋰(LiCoO2)和錳酸鋰(LiMn2O4)的一些優(yōu)點，同時因為摻雜了鎳元素，可以提升能量密度和倍率性能。