正极材料作为锂离子电池四大关键部件之一，是决定锂离子电池——电压、能量密度以及安全性等的重要因素。

研究正极材料的目的：寻找廉价、高容量、高比能量、安全可靠的正极材料是未来锂离子电池发展的重要挑战。
 

1. 正极材料选择的要求

(1) 金属离子Mn+在嵌入化合物LixMyXz中有较高的氧化还原电位——电池的输出电压

(2) Li+在电极材料中扩散系数高 ——快速充放电

(3) 正极材料能可逆地嵌入和脱出大量的锂离子——高容量

(4) Li+嵌入/脱嵌过程高度可逆，材料主体结构基本不发生变化——循环性能

(5) 具有较高的电子电导率、离子电导率——减小极化，大电流充放电

(6) 氧化还原电位随x变化尽可能少——电压稳定

(7) 在整个电压范围具有良好的化学稳定性——形成稳定SEI膜

(8) 实用角度，价格便宜，环保
 

2. 正极材料结构分类：层状结构，橄榄石结构，尖晶石结构

主要介绍层状结构: LiMO2, 例如 LiCoO2

a. 结构特征

O呈现ABCABC立方密堆积排列，在O的层间Li+和 Co2+交替占据其层间的八面体位置（空隙）

锂离子在CoO2原子密实层的层间进行二维运动

b. 合成方法

最常用方法：固相反应法

优点：工艺简单、易于操作、适于工业化生产

缺点：物料难以均匀混合

能耗高

颗粒较大、形状不规则

电化学性能重现性

其他方法：溶胶-凝胶法，水热法，模板法，共沉淀法

优点：Li+和Co2+之间充分接触，达到近似原子水平的混合，易于控制产物粒径和组相。

缺点: 工序繁琐，成本高，不易于工业化生产。

LiCoO2做正极材料的特点：（1）合成方法简单、容易合成（2）工作电压较高，充放电电压平稳（3）比能量高，适合大电流充放电（4）实际容量较低，只有理论容量50%（5）钴资源有限，价格昂贵（6）钴毒性较大，环境污染大（7）安全性能和循环性能有待提高
 

3. LiCoO2正极材料改性研究：

（1） 掺杂

Mn

工作电压升高，可逆容量增加

Al

形成固溶体，电压升高，结构稳定性增加，容量增加，循环性能增加

Mg

有效提高可逆性和循环寿命

B

极化降低，电解液分解减弱，循环性能增加

（2） 包覆

无机氧化物：MgO、Al2O3、TiO2、ZrO2、C等

可防止电解液与Li1-xCoO2接触，抑制氧的析出导致结构的变化，提高结构稳定性、热稳定性等

今后研究方向—— 降低LiCoO2的成本和提高在较高温度（＜65℃）下的循环性能。

另外，目前研究的热点还有三元正极材料——Li(Ni,Co,Mn)O2。三元镍钴锰材料一般是指镍钴锰酸锂LiNi1-x-yCoxMnyO2。该材料存在三元协同效应，其电化学性能优于任何单一材料，综合了LiCoO2的循环稳定性，LiNiO2的高比容量以及LiMn2O4的热稳定性、安全性和价格低的优点。

提高三元镍钴锰材料中镍含量可以提高材料的可逆嵌锂容量。但是容易发生阳离子混排现象，随着镍含量的增加材料的镍锂混排越严重，使材料发生不可逆的容量损失。引入钴可以提高材料的电子电导率，减弱离子混排现象，稳定材料层状结构，提升材料的倍率及循环稳定性。合理调节三元材料中的比例得到性能优化的三元材料是锂离子电化领域的研究热点和重点。