Page 130 - 能源动力工程的发展与展望

D 能源动力工程的发展与展望
evelopment and Prospects of Energy and Power Engineering

第四节 锂离子电池正极材料研究进展

随着能源危机和环境污染的日益严重，新型储能装置的开发受到了广泛关注，

其中可充电电池作为电化学储能和转换设备，缓解了煤炭和化石燃料等传统能源
造成的环境污染和全球变暖问题。锂离子电池（LIB）被认为是本 21 世纪最有前
途的新一代储能技术之一，锂离子技术（使用金属氧化物基正极和石墨负极）是
由索尼在 1991 年推出的，经过三十多年的不断发展，LIB 已经成为我们日常生

活中不可或缺的一部分，高性能 LIB 能满足通信、便携式电子设备、电动汽车和
混合动力汽车的需求，与其他，如阀控式铅酸蓄电池（VRLA）和镍氢电池（NiMH）
电池相比，其具有大比容量、高电压、高功率、高效率并且对环境污染小，在可
充电电池市场占据重要地位。LIB 由正极、负极、电解质和隔板等关键成分组成。

LIB 的电化学性能在很大程度上取决于电极的活性材料。
正极材料在决定 LIB 性能（例如容量、热稳定性和电势）方面起着重要作用，
是系统中主要的锂离子（Li+）供体，决定 LIB 容量，并影响电池的成本。由于
大多数 LIB 的设计和容量受正极限制，因此，设计和制造能够克服 LIB 系统弱

点的正极材料是非常关键的。开发具有安全、经济、高性能、大容量等优点的正
极材料将有效地促进 LIB 的广泛应用。在一个 LIB 商品，正极材料成本约占全
电池成本的 25%。性能良好的正极材料需要具备以下特点：①尽量高的氧化电压
和长电压平台；②尽量多的 Li+ 可以可逆地插入 / 脱出，且经多次充放电循环后

结构保持良好；③低合成成本和易加工性能。综述了锂离子电池正极材料的最新
进展，根据锂电池正极材料的化合物元素分类，系统描述了一元、二元、三元金
属锂氧化物和磷酸亚铁锂电极材料，并对其优缺点、应用范围进行了评述。对比

介绍了已商业化正极材料物性数据和具有商业化应用前景的正极材料。最后，对
各类正极材料的优缺点与应用优势和缺陷进行了总结，并指出了有待改进的问题
对正极材料未来面临的挑战进行了展望。

一、一元金属锂氧化物

（一）钴基锂氧化物
LiCoO 2 具有典型的 α-NaFeO 2 型层状二维结构，CoO2 密堆成二维原子层，
+
+
3+
Li 可在 CoO 2 密堆二维原子层间运动。Li 和 Co 交替地分布在 O 原子立方密堆
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