鋰離子電池正極材料的要求

鋰離子電池的重要部件有正極、負極、電解液、隔膜等，鋰離子能量的存儲和釋放是以電極材料的氧化還原反應形式實現的，正極活性物質是鋰離子電池最為關鍵的核心材料。

一般而言，正極材料的關鍵性能指標有：化學成分、晶體結構、粒度分布、振實密度、比表面積、pH值、首次放電比容量、首次充放電效率、循環壽命等。

在鋰離子電池正極材料的研究方面，美國學者鋰離子電池之父GOODENOUGH教授作出了巨大貢獻：1980年在英國牛津大學就職期間發現了鈷酸鋰可用作鋰電正極，次年他在LCO專利中提及鎳酸鋰作為正極材料的可行性；1983年，首次嘗試將錳酸鋰作為正極材料用于鋰離子電池；1997年，他又開發出橄欖石結構正極材料磷酸鐵鋰。此外，為了解決鎳酸鋰性能不穩定問題，加拿大的DAHN教授和日本小槻勉教授進行了大量的摻雜改性研究；1997年，日本戶田公司率先申請了最早的鎳鈷鋁酸鋰專利；1999年，新加坡大學的劉昭林、余愛水等人在鎳鈷酸鋰基礎上引入Mn改性，最早報導了鎳鈷錳酸鋰。

經過近三十年的快速發展，基于上述科學家的研究成果，鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰、磷酸鐵鋰等正極材料陸續產業化，并被拓展用于眾多領域。隨著新能源汽車對高能量密度正極材料的需求，目前鎳鈷錳酸鋰三元材料已經成為最重要、占比最大的正極材料。

正極是電池的核心部件，其優劣直接影響電池性能。一般而言對正極活性物質有如下要求：1、允許大量Li+嵌入脫出(比容量大)；2、具有較高的氧化還原電位(電壓高)；3、嵌入脫出可逆性好，結構變化小(循環壽命長)；4、鋰離子擴散系數和電子導電性高(低溫、倍率特性好)；5、化學/熱穩定性高，與電解液相容性好(安全性好)；6、資源豐富，環境友好，價格便宜(成本低、環保)。

鋰離子電池體積能量密度很大程度上取決于活性物質密度。正極材料的密度與其所含元素的原子量、晶體排布方式、結晶程度、球形度、顆粒大小及分布、致密度等密切相關，受制備工藝影響。