锂离子电池材料的研究进展
锂离子电池磷酸铁锂正极材料研究进展研讨
管理及其他M anagement and other 锂离子电池磷酸铁锂正极材料研究进展研讨吕志伟摘要：磷酸铁锂（LiFePO4）呈橄榄石结构，安全性高，且循环性能良好，能够在高温状态下进行使用，是现阶段发展前景广阔的一种电池正极材料。
基于此，本文主要分析了多年来锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究进展，同时展望了该领域未来发展趋势。
关键词：锂离子电池；磷酸铁锂；正极材料锂离子电池凭借能量密度高、自放电小、寿命长、工作电压高等相关特点，逐渐演变成大功率动力电池以及大容量储能电池的主要选择之一。
电极材料性能与锂离子电池性能的提高之间存在着紧密的联系，所以学者将正极材料作为了研究重点。
现阶段，在市场中流通的锂离子电池正极材料主要包含：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4以及镍钴锰三元正极材料等，但因为Co涉及毒性且资源有限，导致LiCoO2制备受阻，再加上LiMn2O4循环与高温性能较差，进而妨碍了锂离子电池的发展。
相对于磷酸铁锂正极材料而言，虽然镍钴锰三元正极材料具有更高的电导率、电池容量及较低的低温性能，但其循环性能、安全性能及耐高温性能差且生产成本高，对此开发生产成本较低且具有高性能的锂离子电池磷酸铁锂正极材料意义重大。
1 磷酸铁锂的结构和性能分析1.1 磷酸铁锂结构LiFePO4在结构方面呈现为橄榄石形态，其主要源于磷酸锂矿石，是正交晶系，4个LiFePO4单元。
对于LiFePO4而言，氧原子紧密结合，磷原子则分布在四面体周围，铁与锂原子部分在八面体周围，借助分析立体结构，可以了解到八面体是以一定角度为基础展开连接的，锂原子将一个六面体构成。
让LiFePO4形成一个三维的立体化化学键，让LiFePO4动力学性能维持稳定。
1.2 磷酸铁锂电化学性能LiFePO4涉及较高比容量，和金属锂相比之下，电压更高，在较小电压之中，能够提供稳定的充电平台。
同时，在LiFePO4中，磷和铁原子一同使用一个氧原子，两者与氧原子进行结合，在氧原子与铁原子结合方面发挥出了削弱作用。
锂离子电池电极材料研究进展_周恒辉
收稿:1997年3月,收修改稿:1997年5月锂离子电池电极材料研究进展周恒辉 慈云祥(北京大学化学与分子工程学院 北京100871)刘昌炎(中国科学院化学研究所 北京100080)摘 要 本文综述了锂离子电池中正、负电极材料的制备、结构与电化学性能之间的关系。
正极材料包括嵌锂的层状Li x M O 2和尖晶石型Li x M 2O 4结构的过渡金属氧化物(M=Co 、Ni 、M n、V ),负极材料包括石墨、含氢碳、硬碳和金属氧化物。
侧重于阐述控制锂离子电池循环过程中可逆嵌锂容量和稳定性的嵌锂电极材料的结构性质。
给出118篇参考文献。
关键词 锂离子电池 嵌锂材料 正极 负极Progress in Studies of the ElectrodeMaterials for Li -Ion BatteriesZhou Henghui Ci Yunxiang(College o f Chemistry &Mo lecula r Engineering ,Peking Univ ersity,Beijing 100871,China )Liu Changyan(Institute of Chemistry ,The Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100080,China )Abstract This paper review s the rela tionship betw een synthesis,structures and properties of intercala tio n electrodes with lay ered Li x M O 2a nd spinel Li x M 2O 4structures (M =Co 、Ni 、M n 、V )as cathodes ,and g raphite ,disordered ca rbo n a nd m etal o xide as an-odes in Li-ion batteries.Em phasis is focused on the structural pro perties o f intercalatio n electrode m aterials w hich a re related to the recharg eable capacity and stability during cy-cling of Li io ns .118references are giv en .Key words Li -ion batteries ;intercalatio n materials o f Li ions ;catho des ;ano des 自1859年Gaston Plante 提出铅-酸电池概念以来,化学电源界一直在探索新的高比能量、循环寿命长的二次电池。
锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展
作者简介:蒋 兵(1981-),男,助理工程师,主要从事有色金属材料的检验和测试工作。
锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展蒋 兵(湖南有色金属研究院,湖南长沙 410015)摘 要:介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钒的氧化物以及导电高聚合物正极材料的发展现状和研究进展。
LiCoO 2在今后正极材料发展中仍然有发展潜力,通过微掺杂和包覆都可使钴酸锂的综合性能得到提高,循环性能大大改善。
环保、高能的三元材料和磷酸铁锂为代表的新型正极材料必将成为下一代动力电池材料的首选。
关键词:锂离子电池;正极材料;磷酸铁锂;三元材料中图分类号:T G146126 文献标识码:A 文章编号:1003-5540(2011)01-0039-04自日本Sony 公司于1990年首先推出以碳为负极的锂离子二次电池产品后,因具有工作电压高、容量大、自放电小、循环性能好、使用寿命长、重量轻、体积小等突出优点,目前,其应用已渗透到包括移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。
另外,国内外也在竞相开发电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量锂离子电池。
对锂离子电池而言,其主要构成材料包括电解液、隔膜、正负极材料等。
一般来说,在锂离子电池产品组成部分中,正极材料占据着最重要的地位,正极材料的好坏,直接决定了最终锂离子电池产品的性能指标。
本文将对锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展进行综述和探讨。
1 正极材料的选择正极材料在性质上一般应满足以下条件:(1)在要求的充放电电位范围,与电解质溶液具有相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度可逆性;(4)在全锂化状态下稳定性好。
其结构具有以下特点:(1)层状或隧道结构,以利于锂离子的脱嵌,且在锂离子脱嵌时无结构上的变化,以保证电极具有良好的可逆性能;(2)锂离子在其中的嵌入和脱出量大,电极有较高的容量,并且在锂离子脱嵌时,电极反应的自由能变化不大,以保证电池充放电电压平稳;(3)锂离子在其中应有较大的扩散系数,以使电池有良好的快速充放电性能。
锂离子电池碳负极材料研究进展
第 ２期
有 色 金 属
Ｎｏ ｆ Ｉｏ ｓ Ｍ ｅ ａｓ ｎｅｒｎ ｔｉ
Ｖｏ ． ３ ．Ｎ ． １６ Ｏ ２
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２ ０ １ 年 ５ 月 １
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ １—０ １ ． ０ １ ０ ． ３ ｓ ２ １２ １． ２ ０ ５
下 优 点 ： 容 量 高 （ ０ ～４ ０ 比 ２０ ０ ｍＡｈ ｇ 电 极 电 位 低 ／ ），
１ 中 间相 碳 微 球
虽 然 中间相 碳 微 球 的 制备 和应 用 开 始 于 ２ ０世
纪 ６ ７ ０～ ０年 代 ， 但直 到 ２ Ｏ世纪 ９ ０年 代才 有 在锂 离
子 电池 中应 用 的 文 献 报 道 。 １９ ９ ２年 Ｙ ｍａｒ 等 ａ ｕａＪ
关 键 词 ： 机 非 金 属 材 料 ； 离 子 电池 ； 述 ； 无 锂 综 负极 材 料 ； 然 石 墨 表 面 改性 天
中 图 分 类 号 ： Ｍ １ ． 文 献 标 识码 ： 文 章 编 号 ： ０ — ２ １ ２ １ ）２ ０４ ０ ９ １３ Ｆ Ａ １ １ ０ １ （０ １ ０ —Байду номын сангаас１７— ５ ０
锂 离 子 电池 碳 负 极 材 料 研 究 进 展
孙 学 亮 ， 秀娟 ， 秦 卜立敏 ， 吴 伟
（ 山大 学 环境 与化 学 工程 学 院 ， 燕 河北 秦 皇 岛 ０ ６ ０ ） ６ ０ ４
摘 要 ： 综述锂离子电池碳负极材料的研究进展 ， 主要包括 中间相碳 微球 、 天然石 墨、 无定形 碳负极材料 以及 天然石墨 表面
（＜１ ０ Ｓ ｉ／ ｉ ， ． Ｖ Ｖ Ｌ ） 循环 效 率 高 （＞９ ％ ） 循 环 寿 Ｌ ５ ，
我国锂离子电池电极材料研究获新进展
此 外 ，该 研 究小 组在 单 壁碳 纳 米管 表 面设 计 合 成 了小 于５ ｍ的 高度 分 散Ｐ基 核 壳材 料 ， ｎ ｔ 其 Ｐ原 子 对 乙 醇 的 催 化 氧 化 能 力 是 商 品 化 ｔ
２ ０ 次 容 量 保 持 率 ８ ％） 倍 率 特 性 （ １Ｃ ００ ３ 与 在 ０
（ ／ 钟 充 放 电 ）倍 率 下 容 量 保 持 率 ８ ％，容 ６） ７ ＂ ０
锈 ０ 年 第８ 第５ （ 第４ 期 ） ２１ １ 卷 期 总 ４
的 电子 电导 率 ，无 法 在 大 电流 密 度 下 进 行 充 放 电 ；而 且 以Ｌ ｉ 负 极 的锂 离 子 电池 在 ｉ 为 ＴＯ
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使 用 和 贮 存 过 程 中 由于表 面 催 化 反 应 ，有 持 续 胀 气 问题 ，带 来 一 定 安 全 隐 患 和 降低 循 环 寿 命 。对 其 进 行 表 面 包 覆 是 解 决 其 问题 的 有 效 途 径 之 一 ，但 如 何 得 到 均 匀 的包 覆 层 以及 实现 在 较 低 温 度 下 得 到 高 电导 率 的包 覆 层 一 直 是 一个 重要 的技 术难 题 。 中 国 科 学 院 物 理 研 究 所／ 京凝 聚 态 物 理 北 国家 实 验 室 的清 洁 能 源 实验 室Ｅ １ 博士 生 赵 ０组 亮 与 胡 勇 胜 研 究 员 等 提 出 了一 种 利 用 含 氮 元 素 离 子液 体 实现 均 匀 薄 层（～ ｎ 含 氮 元 素 掺 １ ２ ｍ） 杂碳 包 覆 Ｌ ｉ 极 材料 的技 术 ，包 覆 改 性 ｉ 负 ＴＯ
锂离子电池能源材料研究进展
２１ ０ １年 ８月
上 海 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ Ｈ Ｉ ＮＶ Ｒ Ｉ （ Ａ Ｕ Ａ ＣＥ Ｃ ） Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ａ Ｇ Ａ ＩＥ Ｓ Ｙ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ Ｅ Ｕ Ｔ
Ｖ０ ． ７ １ １ Ｎｏ． ４ Ａｕ ｇ．２０１ １
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５６ ５
创刊
期 特刊
上 海 大 学 学 报 （ 然 科 学 版） 自
第 ｌ 卷 ７
能、 风能 、 生物 质 能 、 热 能和 潮汐 能 等 ） 着 重要 的 地 有
意义． 锂离子 电池是有效储存这些 不连续能源的重 要 储 能媒 介 ， 可将 不 连续 能源 转变 成 连续 性 的能 源 ． 锂离子电池因其高 比能量 、 高电压和广泛的应用 较 性 而 日益 受 到重 视 ， 已逐渐 替 代传 统 镍 氢 电池 、 镍 镉 电池 、 酸蓄 电池 ， 广泛 应用 于 当今 信 息 时代 的各 铅 被 种 电子设 备 ， 如移 动 电话 、 数码 相 机 、 摄像 机 、 字 处 数 理 机 等． 近年来 ， 锂离 子 电池在 新一 代 混 合 动力 汽 车 （ ｙ ｒ ｅ ｃ ｃｌ ｅｉｌ，Ｈ Ｖ）和 纯 电 动 汽 车 ｈｂ ｄ ｌ ｔ ａ ｉ ｅ ｒ ｖｈｃｅ Ｅ ｉ （ ｌｃ ｃｌ ｅ ｉ ｅ Ｅ 上 的应 用也 日益 受 到关 注． ｅｅｔ ａ ｖｈｃ ， Ｖ） ｉ ｒ ｌ 目前 ， 实验 室 所 研 究 的锂 离 子 电极 材 料 主 要 本 包 括锡 基 纳米 粒 子 、 基／ 复 合 纳 米 材 料 、 纳米 锡 碳 碳 材料 、 碳包 裹磷 酸 铁 锂 复 合 纳 米 材 料 、 化钴 ／ 复 氧 碳 合 纳米 材料 和 氧化 镍／ 石墨 烯复 合 纳米 材 料 ． 些材 这 料 具有 较 大 的 比表 面 积 、 短 的锂 离 子 扩 散 路 径 长 较 度， 尤其是 中空的剩余体积空间， 能够在储存锂离子
锂离子电池的研究进展综述
锂离子电池的研究进展综述锂离子电池的研究进展刘文 2015200807近十年以来，通过对新电极材料和新存储机理的开发研究，基于锂的可重复充电电池技术得到了飞跃发展，电池性能不断提高。
得益于纳米技术的不断探索发现，传统电池材料存在的许多重难点基础问题极有希望得到解决。
一、纳米技术致力于解决传统电池领域的哪些重大问题？1. 体积变化导致活性颗粒和电极的开裂与破碎传统嵌入式电极材料在充放电过程中的体积变化较小。
而对于新型的高容量电极材料而言，由于充放电过程中，大量Li物种嵌入和脱嵌，发生巨大的体积变化。
经过多次循环之后，活性颗粒和电极材料会开裂和破碎，影响电学传导，并造成容量降低，最终导致电池失效，大大缩短了电池的使用寿命。
据报道，合金型负极材料的体积膨胀率中，Si为420%，Ge和Sn为260%，P为300%。
而传统的石墨负极只有10%。
图1. 活性颗粒和电极材料在充放电过程中开裂和破碎的过程硅极负极的解决方案纳米材料一个天然优势就在于，其尺寸较小，可以在颗粒和电极层面上有效抵抗力学上的破坏。
高容量电极材料有一个基本参数，叫做临界破碎尺寸。
这个参数值取决于材料的反应类型（譬如合金反应，转化反应）、力学性能、结晶度、密度、形貌以及体积膨胀率等一系列参数。
而且，电化学反应速率对于颗粒的开裂和破碎影响重大，充放电速率越快，产生的应力就越大。
当颗粒尺寸小于这个临界尺寸时，锂化反应引起的应力就能得到有效控制，从而缓解颗粒的的开裂和破碎行为。
研究表明，Si纳米柱的临界尺寸是240-360 nm，Si纳米线的临界尺寸是300-400 nm，这一区间范围主要是受到电化学发宁速率的影响。
晶化Si纳米颗粒的临界尺寸大约是150 nm。
图2. Si纳米线负极材料可以适应应力的影响因此，颗粒的破碎问题可以通过使用低于临界尺寸的各种纳米结构材料来实现，譬如纳米柱、纳米线、纳米颗粒、纳米管、纳米棒、以及纳米复合材料等。
至于电极的破碎问题主要是采用一系列胶粘方法将Si纳米颗粒粘结在集流器上实现。
非碳锂离子电池负极材制研究进展
池 使用范 围， 特别是在 动力 电池领域 。 目前用于锂离子 动力 电池的正极材料 主 要 有尖 晶石 型 锰酸 锂 （ ＭｎＯ ） Ｌｉ ２ 、 镍基层 状复合材料 和橄榄石型磷 酸铁
锂 （ Ｆ Ｐ 。 Ｌｉ ｅ Ｏ ） 关于这 些正极 材料 的
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非碳 锂 离 子 电池 负极 材 料 研究 进 展
■ 文 ／洪振 生 魏 明 灯
福 州大学新能源材料研 究所
自从 １５年美 国加州大学 的一位 ９８
的绿 色能源和主导 电源。 目前 ， 锂离子 电池及其 关键材料 已成为 世界各国关
注的一个科技和产业焦点， 也是 我国能 源领域重点扶持的高新技术产业。 锂离
和锂 离 子 ， 会引起 初 始容 量 的不 可 但 逆损 失 。 而且 碳 电极 的 电位 与金 属锂 的 电位 很接近 ， 电池 过充 电时 ， 电 当 碳
富 士 胶 片 公 司 推 出一 种 锡 的复 合 氧 化 物负 极材 料 ， 些 复合 物 与锂 反应 这
基 于一 个 最初 的不 可逆 过 程 ， 即锂先 与 氧化 物反 应 ， 成 紧密 ｝ 合 的 氧化 形 昆
锂 离子 电池主要 由正负极 、 隔膜、 电解液组 成 。 从锂 离 子二 次 电池 的发
展 来看 ， 离子 电池 的 电化学性 能主 锂 要 取 决于 所 用 电极材 料 和 电解质 材 料 的结构 和性 能 ， 尤其 是 电极 材料 的
研究生提 出了锂、 钠等活泼金属做 电池 负极的设想后 ， 锂离子 电池的研究开始
年 来， 随着锂 离子 电池 技术 的不 断 发 展， 其应用领域 正不断扩 大， 电动 汽 如 车、 电讯网络常备 电源 、 军用储备 电源 、 太空和防卫设备等领域 ， 被称为 ２ 世纪 １
磷酸铁锂电池正极材料的研究进展及发展趋势
磷酸铁锂电池正极材料的研究进展及发展趋势磷酸铁锂电池（LFP）作为一种重要的锂离子电池，具有高安全性、良好的循环寿命以及环保的特点，已经在电动车、储能系统等领域得到广泛应用。
正极材料作为磷酸铁锂电池中的核心组成部分，直接影响着电池性能的提升和应用的推广。
本文将对磷酸铁锂电池正极材料的研究进展及发展趋势进行详细讨论。
一、磷酸铁锂电池正极材料的发展历程磷酸铁锂电池的研发始于20世纪80年代中期，20世纪90年代初期实现了商业化生产。
最初的磷酸铁锂电池采用的是LiFePO4作为正极材料，由于其具有较高的电化学稳定性和可追溯性等优点，在一定程度上解决了锂离子电池出现的安全问题。
然而，LiFePO4的电导率较低，无法满足高功率输出的要求。
为了进一步提高磷酸铁锂电池的性能，研究者们通过掺杂和合成方法开发了一系列改性磷酸铁锂材料。
其中，磷酸铁锂正极材料的改性主要包括盐酸处理、炭黑导电剂改性、石墨烯包覆等。
这些改性方法可以增强磷酸铁锂正极材料的电导率，提高电池的放电性能和循环寿命。
二、磷酸铁锂电池正极材料的研究进展1. 合成方法的改进磷酸铁锂电池正极材料的合成方法对于电池性能的提升至关重要。
传统的固相法合成不仅存在合成时间长、合成温度高等问题，还容易导致材料中存在不均匀的成分分布。
近年来，研究者们采用溶液法、水热法等新型合成方法合成磷酸铁锂正极材料，通过调控反应条件和添加适量的助剂，可以获得纳米级的颗粒和均一的成分分布，进一步提高材料的电池性能。
2. 结构的优化磷酸铁锂电池正极材料的结构优化是提高其电池性能的关键。
传统的结构是多晶形态的磷酸铁锂正极材料，因晶界阻碍离子和电子的传输，导致材料的电导率较低。
因此，研究者们通过调控反应条件、合成助剂的添加以及晶粒工程等方法，成功制备出单晶和高度取向的磷酸铁锂正极材料，大大提高了材料的电导率和电池性能。
3. 框架结构和界面改性磷酸铁锂电池正极材料的框架结构和界面改性也是提高电池性能的重要手段。
锂离子电池储能技术的研究进展
锂离子电池储能技术的研究进展 随着社会的不断发展和人类对能源的需求不断增大，人们意识到了储能技术的重要性。其中最热门的就是锂离子电池储能技术。近年来，随着新能源汽车的快速普及，对锂离子电池的需求也急剧增加，促进了储能技术的不断创新和进步。本文将从锂离子电池的基本原理、发展现状和未来趋势、创新技术以及应用领域等方面进行阐述。
一、锂离子电池的基本原理 锂离子电池以锂离子在负极和正极之间的移动来储存和释放能量。其中，正极一般采用三元、钴酸锂、磷酸铁锂等材料，负极则采用石墨、硅等材料。通过离子在电解液中的移动，可以让电子经过外部电路流动，从而形成电流。锂离子电池的电压一般在3.6-3.7V，容量较大，循环寿命较长，因此广泛应用于电动汽车、通讯设备、储能系统等领域。
二、锂离子电池的发展现状和未来趋势 随着新能源汽车市场的不断扩大，对锂离子电池储能技术的需求越来越大。目前，全球几乎所有的锂离子电池生产厂家都在不断升级其生产工艺和技术，以提高电池的能量密度、循环寿命和安全性。例如，由于硅负极的高比容量和低成本，近年来研究者们纷纷尝试开发硅基负极材料，以提升锂离子电池的性能。
未来，锂离子电池的发展趋势将主要集中在以下几个方面：一是提高电池的能量密度，以延长电池的使用寿命和行驶里程；二是提高电池的快充和慢放性能，以适应不同场景下的需求；三是改善电池的安全性和可靠性，以避免电池起火或爆炸等意外情况的发生。
三、锂离子电池的创新技术 为了更好地满足市场需求，锂离子电池的研究者们不断探索新的材料和技术。以下是目前锂离子电池领域的一些创新技术：
1. 固态电池技术 固态电池技术是指采用固态电解质代替传统液态电解质的电池技术。相比传统液态电解质，固态电解质具有更高的稳定性、更高的能量密度和更好的耐用性。此外，固态电池还可以使用锂金属作为负极材料，能够显著提高电池的能量密度。
2. 混合离子电池技术 混合离子电池技术是指采用氧元素和金属离子共存的电解质，以实现更高的能量密度。相比传统锂离子电池，混合离子电池的能量密度可提高30%以上，而且具有更好的安全性能。
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锂离子电池材料的研究进展
作者：陈启斌
来源：《中国新技术新产品》2012年第14期
摘要：现代社会对能源的需求，大大促进了储能技术的发展，自从Sony公司于1990年将
锂离子电池产业化后，锂离子电池作为最成功的储能装置，已经占领了便携式电器的市场。与
此同时，随着笔记本电脑中央处理器的快速发展以及3D技术在手机中的广泛应用，人们渴望
去寻找能量更高、寿命更长的电池，这也使锂离子电池的相关研究成为现在材料科学研究热
点。
关键词：锂离子；电池；工作原理；正极；负极；电解质；隔膜
中图分类号：TM91 文献标识码：A
锂离子电池具有质量轻、无污染、无记忆效应、循环寿命长等特点，近年来锂离子电池中
正负极活性材料、电解质以及隔膜的研究和开发应用相当活跃，并取得很大进展。随着锂离子
电池的飞速发展，电池材料的市场将会具有更好的发展前景，并且将会是继镉镍、氢镍电池之
后发展最快的一种二次电池。
1工作原理
锂离子电池是指其中的Li+嵌入和脱嵌正负极材料的一种可充放电的高能电池。其正极一
般采用插锂化合物，如Li-CoO2、LiNiO2、LiMn2O4等，负极采用锂-碳层间化合物LixC6，
电解质为溶解了锂盐的有机溶剂。锂离子电池中采用能使锂离子嵌入及脱嵌的碳材料代替纯锂
作负极。该电池的工作过程，仅仅是锂离子从一个电极进入另一个电极的过程。具体来说，当
电池充电时，锂离子是从正极中脱嵌，在碳负极中嵌入，放电时则反之。用锂离子在碳中的嵌
入和脱嵌反应取代纯锂电极上的沉积和溶解反应后，就可能避免电极上形成锂枝晶的问题，从
而提高锂离子电池的安全性和循环寿命。
2正极材料
正极材料按材料种类可分为无机材料、复合材料和聚合物材料三大类型。无机材料占其中
的主要部分，根据材料的结构特点分，其无机材料又可分为无机复合氧化物、阴离子型材料
等；复合氧化物中，又有层状型、尖晶石型、反尖晶石型等；阴离子型材料中，结构涉及多种
离子导体。
2.1氧化钴锂（LiCoO2）
目前市场上锂离子电池的正极材料主要是LiCoO2，而其专利中包含了很多正极材料，描
述了具有α-NaFeO2结构的所有层状过渡金属氧化物。另外一些专利包含了生成碱金属化合物
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AxMO2。但钴资源非常匮乏，价格昂贵并且对环境稍有毒害。上述原因限制了它只能用作小
电流，如用在计算机、手机和照相机上，因此寻找廉价、对环境友好且性能优良的替代材料是
目前非常活跃的研究领域。
2.2氧化镍锂（LiNiO2）
LiNiO2与锂钴氧化物具有相同的结构。但目前仍然没有合成纯的具有稳定结构的锂镍氧
化物用作正极材料，因为在空气中，当温度低于600℃时，二价镍离子不能完全氧化为三价镍
离子；高于600℃时三价镍离子还原为二价镍离子则不可避免，因此在空气中很难得到真正化
学计量的LiNiO2。
2.3氧化锰锂（LiMnO2）
LiMnO2资源丰富、成本低、对环境影响小，根据晶体场的理论，Mn3+是不稳定的价
态，在充放电过程中易从层状结构向尖石结构转变，导致其循环性能差，特别是高温下容易衰
减快的问题不易得到有效的解决，合成工艺难以控制，尤其是在高温条件下充放电过程中不可
逆相变的发生导致析氧放热的发生，造成其安全性差，因此制约了该材料的实用化。
2.4磷酸铁锂（LiFePO4）
目前，作为锂离子电池正极材料之一的LiFePO4具有来源广泛、价格便宜、热稳定性好、
无吸湿性、对环境友好等优点，受到人们的广泛关注。具有规则橄榄石型的LiFePO4，其理论
比容量相对较高（170mAh/g），能产生3.4V的电压，在全充电状态下具有良好的热稳定性、
较小的吸湿性和优良的充放电性能，因而LiFePO4被认为是锂离子动力电池发展的理想正极材
料。
3负极材料
锂离子电池的负极材料主要作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱出。
从锂离子电池的发展来看，负极材料的研究对锂离子电池的出现起着决定作用。正是由于碳材
料的出现解决了金属锂电极的安全问题，从而直接促进了锂离子电池的应用。已经产业化的锂
离子电池的负极材料主要是各种碳材料，包括石墨化材料和无定形碳材料，如天然石墨、改性
石墨、石墨化中间相碳微珠、软碳和一些硬碳等，其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡
基材料、合金材料等。纳米尺度的材料由于其特有的性能，也在负极材料的研究中广为关注；
而负极材料的薄膜化是高性能负极和近年来微电子工业发展对化学电源特别是锂二次电池的要
求。
3.1锂合金
人们最早研究的锂二次电池的负极材料是金属锂，这是因为锂具有最负的电极和最高的质
量比容量。很多元素如Si、Sn、Gn、Bi、AI、Ga、Sb、In和B等都能与锂形成合金。与碳材
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料相比，合金类负极材料一般具有较高的比容量，其理论容量可以达到1000mAh/g以上。但
是目前所面临的主要问题是锂离子嵌入及脱出时可逆容量的损失，原因在于Li+的嵌入会引起
明显的体积膨胀，导致在充放电过程中电极材料的分化和接触电阻增大，甚至会失去可逆储锂
作用，因此在锂离子蓄电池中很难实际应用。
3.2碳材料
锂合金的研究并没有直接导致锂离子电池的产生，而非锂合金在锂离子电池出现前后都一
直被研究着，真正促使锂离子电池出现的是碳材料在锂离子电池中的应用。研究得比较透彻的
是石墨类碳材料的嵌锂行为，目前商业化锂离子电池负极材料通常采用的是石墨类碳材料。但
是由于其理论比容量只是372mAh/g，因此限制了锂离子电池比能量的进一步提高。为了克服
目前碳材料存在的各种问题，改进研究主要在两个方面：一是通过各种物理和化学手段对碳材
料进行改性，提高其电化学性能，目前可逆容量已达到450mAh/g；同时通过对天然石墨进行
了改性研究以期降低成本，适应商业化需求。另一方面的研究则集中在寻找可以替代碳材料的
新负极材料体系。
无定形碳材料是除石墨以外的另一类碳材料。所谓无定形是指材料中没有完整的晶格结
构，类似于玻璃态结构中原子的排列，只有短程序没有长程序。无定形碳材料介于石墨和金刚
之间，按其石墨化难易程度可分为易石墨化碳材料和难石墨化碳材料。这种碳材料的储锂机理
与石墨不同，通常表现出较高的比容量，但电压平台较高，存在电位滞后现象，同时循环性能
不理想，可逆储锂容量一般随循环进行且衰减得比较快。
3.3非碳材料
非碳负极材料包括锡基材料、硅基材料、氮化物、钛基材料、过渡金属氧化物和其他一些
新型的合金材料。非碳负极材料的开发主要是基于碳素类材料比容量低，不能满足日益增长的
电池对容量的要求，以及碳素类材料首次充放电效率低，存在着有机溶剂共嵌入等缺点，所以
人们在开发碳材料的同时也开展了对高容量非碳负极材料的研发。
3.4其他负极材料
过渡金属氧化物和硫化物、含锂过渡金属氮化物、锡氧化物及锡基氧化物、纳米负极材
料、钛酸锂材料也是近年来研究较多的负极材料，在这些方面的突破性研究将促进锂离子电池
技术的飞跃。
4电解质和隔膜
4.1电解质
电解质是电池的重要组成部分，承担着通过电池内部在正负电极之间传输锂离子的作用，
它对电池的容量、工作温度范围、循环性能及安全性能等都有重要的影响。根据电解质的形态
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特征，可以将电解质分为液体和固体两大类。目前，锂离子电池电解液多为有机溶剂，常用的
有乙烯碳酸酯（EC）、丙烯碳酸酯（PC）、碳酸二甲酯（DEC）等，它们或单独使用，或组
合使用。有机液体电解质对电池封装要求很高，尤其是有泄露危险，因而限制了其进一步发
展。
4.2隔膜
电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜，是锂离子电池最关键的部分，
对电池安全性和成本有直接影响。目前已经商业化的锂离子电池隔膜主要由聚乙烯或聚丙烯材
料制成。其主要作用有：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过；使电解质液中的子在
正负极间自由通过。由于隔膜自身对电子和离子都是绝缘的，在正、负电极之间加入隔膜后不
可避免地会降低正、负极之间的离子电导。
结语
综上所述，锂离子电池具有质量轻、无污染、无记忆效应、循环寿命长等特点，近年来锂
离子电池中正负极活性材料、电解质以及隔膜的研究和开发应用相当活跃，并取得很大进展。
随着锂离子电池的飞速发展，电池材料的市场将会具有更好的发展前景，并且将会是继镉镍、
氢镍电池之后发展最快的一种二次电池。
参考文献
[1]韩翀等.锂离子电池正极材料LiFePO_4的改性研究[J].材料导报，2007（S1）.