鋰離子電池在使用的過程中，能夠進行二次充電，屬于一種二次可充電電池，重要工作原理為鋰離子在正負極之間的反復移動，無論電池的形狀如何，其重要組成部分都為電解液、正極片、負極片以及隔膜。目前，國際上鋰離子電池的生產地重要集中在我國、日本和韓國，重要的鋰離子應用市場為手機和電腦及汽車。

隨著鋰離子電池的不斷發(fā)展，應用領域也在逐漸的擴大，其在正極材料的使用方面已經由單一化向多元化的方向轉變，其中包括：橄欖石型磷酸亞鐵鋰、層狀鈷酸鋰、尖晶石型錳酸鋰等等，實現(xiàn)多種材料的并存。

從技術發(fā)展方面能夠看出，在日后的發(fā)展中還會出現(xiàn)更多新型的正極材料。關于動力鋰電池的正極材料來說，其在成本費用、安全性能、循環(huán)能力以及能量密度等多個方面都具有較為嚴格的要求。

在應用材料領域中，由于鈷酸鋰的費用較高、安全性較低，因此在具體的使用中通常適用于普通消費類電池，難以符合動力鋰電池的相關要求。而上述列舉的其他材料均已在目前的動力鋰電池中得到了充分的利用。

在鋰離子電池材料中，負極材料屬于重要的組成部分，能夠對整體電池的性能出現(xiàn)較大影響。目前，負極材料重要被劃分為兩個類別，一種為商業(yè)化應用的碳材料，例如天然石墨、軟碳等，另一類為正處于研發(fā)狀態(tài)，但是市場前景一片大好的非碳負極材料，例如硅基材料、合金材料、錫金材料等等。

圖/硅碳負極材料結構示意圖

碳負極材料

此種類型的材料無論是能量密度、循環(huán)能力，還是成本投入等方面，其都處于表現(xiàn)均衡的負極材料，同時也是促進鋰離子電池誕生的重要材料，碳材料可以被劃分為兩大類別，即石墨化碳材料以及硬碳。其中，前者重要包括人造石墨以及天然石墨。

圖/人造石墨圖

人造石墨的形成過程為：在2500℃以上的溫度中，將軟碳材料進行石墨化處理之后得到，MCMB屬于人造石墨中比較常用的一種，其結構為球形，表面質地較為光滑，直徑大約為5-40μm。由于受其表面光滑程度影響，使電極表面以及電解液之間發(fā)生反應的幾率降低，進而降低了不可逆容量。同時，球形結構能夠方便鋰離子在任何方向進行嵌入和脫出活動，對保障結構穩(wěn)定具有較大的促進用途。

天然石墨也具有諸多優(yōu)勢，其結晶度較高、可嵌入的位置較多，并且價格較低，是較為理想的鋰離子電池材料。但其也存在一定的弊端，例如在和電解液反應時，相容性較差，在進行粉碎時表面存在諸多缺陷等，這都將對其充電或放電的性能出現(xiàn)較大的不利影響。

此外，硬碳的形成過程為：在2500℃的狀態(tài)下，難以實行石墨化的碳材料，其重要為高分子化合物的熱解碳，通過高倍顯微鏡能夠看出，其是由許多納米小球堆積而成，整體呈現(xiàn)出花團簇狀。在其表面具有大量納米孔的無定形區(qū)域，在容量方面遠遠超過石墨的標準容量，進而對循環(huán)能力出現(xiàn)較大的不利影響。

硅負極材料

由于硅物質的儲存量較為豐富，且價格較為低廉，因此將其作為新型負極材料應用到鋰離子電池中十分理想。但是，由于硅屬于半導體，電導率較差，并且在嵌入的過程中將會使體積膨脹成以往的數(shù)倍，最高膨脹度能夠達到370%，這將導致活性硅粉化和脫落，難以和電子進行充分的接觸，進而使得容量迅速縮減。

圖/納米硅和二氧化硅復合負極材料

要想使硅在鋰離子電池材料中得到良好的應用，使其在充電或者放電的過程中，能夠對其體積進行有效的控制，進而使其容量和循環(huán)能力得到極大的保障，可以采用以下幾種方式來實現(xiàn)，第一，使用納米尺寸的硅。第二，將硅和非活性基體、活性基體、粘接劑相結合。第三，利用硅薄膜，其已經被視為是下一代最為適用的商用負極材料。

鋰離子電池正極材料

1.鈷酸鋰

作為正極材料，被應用的時間最早，并且直至目前仍然屬于消費電子產品中居于主流的正極材料。鈷酸鋰和其他正極材料相比較能夠看出，其工作過程中電壓較高，充電或者放電時電壓運行較為平穩(wěn)，能夠符合大電流的要求，具有較強的循環(huán)性能，電導效率較高，材料以及電池等工藝較為穩(wěn)定。

圖/鈷酸鋰晶體結構

但是其也存在許多缺點，例如資源較為短缺，價格較貴，鈷含有毒性，使用時具有一定的危險，并且會對環(huán)境出現(xiàn)不良影響。尤其是其安全性不能得到切實的保障，這將成為制約其廣泛發(fā)展的重要因素。

在對其進行的研究中，以Al3+、Mg2+、Ni2+等金屬陽離子摻雜最為廣泛，隨著科研的不斷推進，目前采用Al3+和Mg2+等金屬陽離子摻雜形式更是已開始投入使用。

在鈷酸鋰的制備方面，重要包括兩種方法，即固相合成法以及液相合成法。在工業(yè)中普遍使用的是高溫固相合成法，它重要利用鋰鹽，例如Li2CO3或LiOH等，和鈷鹽如CoCO3等，按照1:1的比例進行融合，并且在600℃至900℃高溫的狀態(tài)下進行煅燒而形成。目前市場中對鈷酸鋰材料的應用重要為二次電池市場當中，并且也成為小型高密度鋰離子電池材料的最佳選擇。

2.三元正極材料

具有較為顯著的三元協(xié)同效應，其和鈷酸鋰相比較能夠看出，在熱穩(wěn)定性方面存在較大的優(yōu)勢，并且生產成本較為低廉，能夠成為鈷酸鋰最佳代替材料。但是其密度較低、循環(huán)性能方面也有待提高。對此，可以采用改進合成工藝以及離子摻雜等進行調整。

圖/三元正極材料綜合性能圖示

三元材料重要應用于鋼殼、鋁殼等圓柱形鋰離子電池當中，但在軟包鋰電池中由于受到膨脹因素影響，使其的應用受到較大限制。在未來的應用中，其發(fā)展方向重要有兩個方面：第一，向著高錳方向，重要在藍牙、手機等小型便攜式設備方面發(fā)展。第二，向著高鎳方向，重要在電動自行車、電動汽車等對能量密度需求較高的領域中進行應用。

3.磷酸亞鐵鋰

在充電和放電方面具有良好的循環(huán)性能以及熱穩(wěn)定性，在使用過程中具有較強的安全保障，并且該材料綠色環(huán)保，不會對環(huán)境造成嚴重的損害，同時價格也較為低廉，被我國電池工業(yè)認為是進行大型電池模塊生產的最佳材料。目前的重要應用領域有：電動汽車、便攜式移動充電電源等，在未來發(fā)展中將會朝著儲能電源、便攜式電源方向深入發(fā)展。

圖/磷酸鐵鋰離子電池內部結構

4.錳酸鋰

在應用中具有較強的安全性以及抗過充性，由于我國錳資源較為豐富，因此價格較為低廉，對環(huán)境的污染較小，無毒無害，工業(yè)制備操作較為簡便。但是其在充電或者放電過程中，由于尖晶石結構不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)Jahn-Teller效應，再加上高溫狀態(tài)下錳的溶解，容易縮減電池容量，因此其應用也受到了較大的限制。

圖/錳酸鋰尖晶石結構

目前，錳酸鋰的應用范圍重要是小型電池，例如手機、數(shù)碼產品等，在動力鋰電池方面和磷酸鐵鋰能夠互為替代，因此出現(xiàn)了強烈的競爭，其發(fā)展方向將會向著高能量、高密度、低成本的趨勢發(fā)展。

結束語

鋰離子電池產品呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，隨著科學技術的發(fā)展，智能手機、電腦等產品得到廣泛的應用，這將使得對鋰離子電池的需求量變大，為其帶來較大的發(fā)展機遇。同時，車載鋰離子以及儲能電源等也逐漸得到發(fā)展，為鋰離子電池供應了新的上升點。由此可見，在未來的發(fā)展中，必會加強對此方面的研究力度，使鋰離子電池的用途發(fā)揮到更大，這也將帶動其電池材料不斷得到更新?lián)Q代。