鋰離子電池材料及電池課件

1、鋰電池主要應用領域第一節(jié)鋰離子電池概述電動自行車電網調峰電動汽車鋰離子電池的應用日益廣泛便攜式電器驅動電源儲能電站電動工具電動大巴Application

ofLIBisextendedfromportabletoautomotive,eventostationarypowersupply2、鋰離子電池的市場分布201320153.鋰一次電池鋰：在已知金屬中具有最輕的原子量（6.942）和最負的標準電極電勢（-3.045V）。鋰一次電池具有能量密度大、工作溫度范圍寬、放電電壓平穩(wěn)、貯存壽命長等優(yōu)點。目前已有Li/I2、Li/Ag2CrO4、Li/(CF)n、Li/MnO2、Li/SO2、Li/SOCl2等六個品種商品化。由于不能充電反復使用，鋰一次電池存在資源浪費嚴重、使用成本過高的缺點。

4、.金屬鋰二次電池在二十世紀六七十年代，人們就開始以金屬鋰為負極的二次電池的研究。但該體系存在很多不足：活潑金屬鋰易使電解液分解；易形成鋰枝晶；鋰要過量4~5倍，使其有效比容量大大降低存在循環(huán)性能差和安全性問題。目前正在進行采用Li-Al合金代替金屬鋰和對合金進行修飾和改性等研究，但一直未能實用化。

20世紀80年代出現(xiàn)了鋰離子二次電池，以金屬鋰為負極，TiS2、MoS2等為正極，LiClO4的有機溶液為電解液。但是由于二次鋰電池中鋰電極的反復充電性及安全性一直得不到有效的解決，二次鋰電池未能達到實用化階段。MoliEnergy公司的Li/MoS2電池1989年發(fā)生著火事故后，鋰二次電池的研發(fā)進入低潮。

[1]WhittinghamMS．U．S．Patent4009052．1977[2]WhittinghamMS．Science，1975，192：12261941年出生，于牛津大學BA

(1964),

MA

(1967),和

DrPhil(1968)學位，目前就職于賓漢姆頓大學。Dr.Whittingham是發(fā)明嵌入式鋰離子電池重要人物，在與Exxon公司合作制成首個鋰電池之后，他又發(fā)現(xiàn)水熱合成法能夠用于電極材料的制備，這種方法目前被擁有磷酸鐵鋰專利的獨家使用權的Phostech公司所使用。由于他所作出的卓越貢獻，他于1971年被電化學會授予青年作家獎，于2004年被授予電池研究獎，并且被推舉為會員。ManleyStanleyWhittingham5、負極材料沿革20世紀70年代，鋰金屬一次電池成功應用，1972年，Exxon公司首先推出了以金屬鋰為負極，TiS2為正極的鋰金屬二次電池。枝晶問題→安全問題→金屬鋰改性（Al,Si,Ge,Sn,Pb,Sb,Bi等的Li合金），存在體積變化大，材料粉化，電接觸惡化。D.W.Murphy等最早（1978年）提出可用一種可嵌入化合物取代金屬鋰作為負極。Armand教授1980年首次提出“搖椅式電池”（RockingChairBatteries）概念，解決了鋰負極材料的安全性問題1990年SONY公司推出以炭材料為負極的鋰離子電池。

在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。這就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就在搖椅兩端來回運動。人們把這種電化學儲能體系形象地稱為“搖椅式電池”（Rocking-chairCell）6、正極材料

1972年，可嵌入（intercalation）化合物的概念，無機硫族層狀化合物的結構和性能數(shù)據。Whittingham最初用的是TiS2TiS2/Li體系，Voc=2.0V，LixTiS2,0<x<1,但當電流增大時，容量下降很快。

更高嵌入電位的材料氧化物體系，O相對于S，更小的離子半徑，更大的電負性，M-O鍵比M-S鍵有更強的離子性→更強的氧化性→氧化/還原電勢更高

在搖椅式電池概念基礎上1980年，J.B.Goodenough指出LixMO2（M=Co、Ni、Mn）類化合物將是合適的正極材料。John

B.

Goodenough

1922年生于德國。二戰(zhàn)之前就讀于美國名校Yale大學，不過讀的是文學和數(shù)學，化學只是他大一的時候學的一門選修課，他當時的目的是為了拿到一個文學學位。在他老人家讀詩詞的時候，突然對圣經和宗教產生了濃厚的興趣，就開始學習哲學，被科學哲學深深吸引，并讀了一本影響他一生的書：Whitehead的ScienceandtheModernWorld，于是他就決定在戰(zhàn)后有機會要讀物理的研究生。并于二戰(zhàn)后在芝加哥大學讀物理碩士。博士期間攻讀的固體物理，畢業(yè)之后到了MIT的美國空軍林肯實驗室開始了固態(tài)化學的學習和研究。上世紀70年代，出于為不發(fā)達國家提供能源的美好心愿，開始轉向能源方面的研究。后來接收接受牛津大學的邀請開始在牛津從事氧化物表面光電解水和；鋰離子電池嵌入-脫出材料以及甲醇燃料電池的研究。研究中發(fā)現(xiàn)了嵌Li過程中尖晶石結構和rock-salt結構之間的相互轉化，同時結合具有穩(wěn)定的骨架結構的聚陰離子型的材料，如硫酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽等，他與學生AkshayaPadhi做出了LiFePO4正極材料。目前已94歲高齡的Goodenough教授仍然在德州大學奧斯汀分校繼續(xù)從事科學研究工作，最近還因開發(fā)出了鋰離子電池陰極組分而獲得2010年的費米獎。他的經典語錄是：Iamanoldtigerenjoyingworkinghere。80年代，由Armand提出了“搖椅式”鋰離子二次電池的新概念。提出電池的正、負極材料采用可以儲存和交換鋰離子的材料，利用充放電時，鋰離子的來回移動進行能量交換。

層狀化合物LiCoO2的合成，發(fā)現(xiàn)石墨可插入鋰離子生成石墨層間化合物LixC6。1991年由日本SONY公司生產出以LiCoO2為正極材料，碳黑為負極材料的商業(yè)化鋰離子電池。第二節(jié)鋰離子電池結構及參數(shù)項目鋰離子電池Ni-Cd電池Ni-MH電池鉛酸蓄電池體積比能量（Wh·L-1）現(xiàn)在240-260134-155190-19750-80將來400240280重量比能量（Wh·Kg-1）現(xiàn)在100-11449-6059-7030-50將來1507080平均工作電壓（V）3.61.21.22.0使用電壓范圍（V）4.2-2.51.4-1.01.4-1.01.8-2.2循環(huán)壽命（次）現(xiàn)在500-1000500500500將來100010001000使用溫度范圍（℃）-20-60-20-65-20-65-40-65自放電率（每月）<10%>10%20-30%>10%安全性能安全安全安全不安全是否對環(huán)境友好是否是否記憶效應無有無無優(yōu)點高比能量，高電壓，無公害高功率，快速充電，低成本高比能量，高功率，無公害價格低廉，工藝成熟缺點要保護回路，高成本記憶效應，鎘公害自放電高，高成本比能量小，污染環(huán)境優(yōu)點：①電池電壓高。鋰離子二次電池的工作電壓在3.6V以上，相當于Cd/Ni或MH/Ni電池1.2V的3倍左右,使用鋰離子二次電池有利于減少電池組合而可能造成的種種不利影響，利于電子產品輕便化和小型化。②能量密度高。鋰離子二次電池的工作電壓高，其質量比能量密度和體積比能量密度都要遠遠高于其它二次電池。③循環(huán)壽命長。④自放電低。由于鋰離子二次電池的首次充放電過程中，在炭負極表面形成了固體電解質界面SEI膜，它允許離子通過而不允許電子通過。使得鋰離子二次電池的月自放電率只有3～6%，這要遠遠低于Cd/Ni及MH/Ni電池的自放電率。⑤無記憶效應、無環(huán)境污染。缺點：①成本高。目前實用鋰離子二次電池正極材料普遍采用資源稀缺、價格高的鈷系材料，使得電池材料價格較高。同時，由于鋰離子二次中電解液及電極材料對水分敏感，使得電池制造過程中的成本也相應高于其它二次電池。②安全問題至今尚未得到徹底解決。盡管與金屬鋰電池相比，鋰離子二次電池的安全性有根本性的提高，但由于電解液為易燃易爆的有機碳酸酯類溶劑體系，鈷系正極材料高溫分解釋放氧氣，仍然存在安全隱患。鋰離子電池工作原理LoadElectrolytee-e-正極負極Li+Li+ChargeDischargeLixC6Li1-xCoO2

電池:(

)C|LiPF6-(EC+DEC)|LiCoO2(+)

正極:LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-

負極:6C+xLi++xe-LixC6

總反應:LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC6CDDCDCEC:ethylenecarbonateDEC:dimethylcarbonate鋰離子電池充放電示意圖電極動力學的三個步驟A步驟為電子和離子從集流體遷移到活性材料（顆粒）的過程；B步驟為界面反應過程電荷從活性顆粒表面遷移到活性顆粒內部；C步驟為活性顆粒內部固態(tài)傳導過程。（控制步驟)文獻綜述鋰離子電池常見嵌入化合物鋰離子電池----系統(tǒng)工程鋰離子電池結構正極活性物質（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\LiFeO4)

導電劑、溶劑、粘合劑、基體負極活性物質（石墨、MCMB)

粘合劑、溶劑、基體隔膜（PP+PE）電解液（LiPF6+DMCECEMC)外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）圓筒形鋰離子電池構造鋰離子電池的組成部分電池的主要組成部分為：（如右圖）正極片、負極片、電解液、隔膜紙、蓋帽、外殼、絕緣層。電池可分為卷繞式、切片式疊片式三種：紐扣鋰離子電池（CoinLi-ionBattery）除圓柱型鋰離子電池和方型鋰離子電池外，還有紐扣鋰離子電池（CoinLi-ionBattery），這種電池結構簡單，通常用于科研測試。薄膜鋰離子電池是鋰離子電池發(fā)展的最新領域,其厚度可達毫米甚至微米級，常用于銀行防盜跟蹤系統(tǒng)、電子防盜保護、微型氣體傳感器、微型庫侖計等微型電子設備薄膜鋰離子電池（ThinFilmLi-ionBattery）鋰離子電池的結構組成電芯PTC保護電路板熱敏電阻MOSFET保護IC小米移動電源內置四節(jié)LG/三星18650鋰離子電池，采用了筆記本電腦大量使用的標準電池，每節(jié)達到2600mAh小米移動電源內部主要有四款電芯和一控制主板。小米移動電源內部主板擁有溫度保護、輸入過壓保護、輸出過壓保護、短路保護、輸入防反保護、電池過充過放保護、Reset保護、輸出過流保護、電芯PTC保護9重保護的控制電路特斯拉采用的是單體3100mAh容量的松下（三洋）電芯，然后數(shù)量龐大的組成了整個電池組。而市面上采用18650的移動電源產品大約都是使用了2600mAh的電芯。以特斯拉Roadster型號為例約有6831節(jié)3100mAh的18650單體電芯，其中每69節(jié)并聯(lián)為一組（brick），再將9組串聯(lián)為一層（sheet），最后串聯(lián)堆疊11層構成。

1、根據溫度

2、根據電解質的狀態(tài)

3、根據正極材料的不同高溫鋰二次電池常溫鋰二次電池液體鋰二次電池凝膠鋰二次電池全固態(tài)鋰二次電池鋰離子電池鋰/聚合物二次電池鋰/FeS2二次電池鋰離子動力電池液體鋰離子電池凝膠聚合物鋰離子電池全固態(tài)鋰離子電池電解質鋰離子次電池分類各種“鋰”電池之間的區(qū)別聚合物鋰離子電池(LIP)液態(tài)鋰離子電池(LIB)鋰錳電池(LithiumButtonCell)“鋰”電池可充不可充鋰離子電池標識根據IEC61960標準，鋰離子電池標識如下：1第一個字母表示電池負極材料。I表示鋰離子電池，L標示鋰金屬或鋰合金電極。2第二個字母表示正極材料。C表示鈷，N表示鎳，M表示錳。3第三個字母表示電池形狀。R標識圓柱形，S標識方形。4數(shù)字。5位數(shù)，分別表示電池的高度和直徑（圓柱形）。ICR18650:表示正極材料為鈷化合物，直徑為18mm，高度為65mm的鋰離子二次電池。圓柱形鋰離子電池的命名鋰離子二次電池的命名也分圓柱形和方形、扣式幾種:圓柱形的命名用三個字母和5位數(shù)字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池(LI)，后一個字母表示圓柱形(R)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大直徑，后三位數(shù)字表示以0.lmm為單位的最大高度，如LIR18500即表示直徑為18mm，高50mm的圓柱形鋰離子電池。?18mm高度50mmLIR1850036方形鋰離子電池的命名用三個字母和6位數(shù)字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池(LI)，后一個字母表示方形(S)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大厚度，中間兩位數(shù)字表示以mm為單位的寬度，后兩位數(shù)字以mm為單位的最大高度，如LIS043048即表示厚度為4mm，寬30mm，高48mm的方形鋰離子電池。LIS043048高度48mm厚度4.0mm寬度30mm電芯品牌的鑒別●國外主要圓柱鋰離子電池供應商SANYO、SONY、PANASONIC、LG、SAMSUNG等●國內主要一線圓柱鋰離子電池供應商比亞迪、力神、比克、ATL等●國內主要二線圓柱鋰離子電池供應商華粵寶、創(chuàng)明、豪鵬、德朗能、毅力●國外主要鋁殼鋰離子電池供應商SANYO、LG、SAMSUNG、PANASONIC●國外主要鋰聚合物電池供應商SONY、SAMSUNG●國內主要鋁殼鋰離子電池供應商比亞迪、力神、光宇、比克、邦凱●國內主要鋰聚合物電池供應商ATL、力神、優(yōu)科●國內主要軟包鋰離子電池供應商優(yōu)科、精進能源、力神、光宇、

TCL、邦凱、美拜鋰離子電池原理探討鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：恒流快充階段（指示燈呈紅色）和恒壓電流遞減階段（指示燈呈黃色）。鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構出現(xiàn)塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。

鋰離子電池保持性能最佳的充放電方式為淺充淺放。概念介紹C倍率(C-rate)電池的充電和放電是以C倍率進行度量的,1C的定義:如電電池容量是1000mAh,1C放電就是以1000mA放電，0.5C放電就是以500mA放電。額定容量（GB/T18287—2000規(guī)定）：電池在環(huán)境溫度為20+/-5度條件下，以5h率放電至終止電壓時所應提供的電量，用C5表示。我們一般會取0.2C放電時的放電容量作為實際放電容量。鋰離子電池的常規(guī)性能電池的容量

電池的容量有額定容量和實際容量之分。鋰離子電池規(guī)定在常溫、恒流(1C)、恒壓(4.2V)控制的充電條件下，充電3h、再以0.2C放電至2.75V時，所放出的電量為其額定容量。容量單位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。實際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。電池的實際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實際電量，主要受放電倍率和溫度的影響（故嚴格來講，電池容量應指明充放電條件）。容量和能量諾基亞：聚合物鋰電池3.7V1200mAh哪顆電池能量大？品勝：鎳氫電池1.2V2500mAhWIN電池能量：電池容量乘以電池電壓。

工作電壓又稱端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過時電池正負極之間的電勢差。在電池放電工作狀態(tài)下，當電流流過電池內部時，不需克服電池的內阻所造成阻力，故工作電壓總是低于開路電壓，充電時則與之相反。鋰離子電池的放電工作電壓在3.6V左右。開路電壓是指電池在非工作狀態(tài)下即電路中無電流流過時，電池正負極之間的電勢差。一般情況下，鋰離子電池充滿電后開路電壓為4.1—4.2V左右，放電后開路電壓為3.0V左右。通過對電池的開路電壓的檢測，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。開路電壓和工作電壓鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時的容量記為C1，放電至3.0V時的容量記為C0，C1/C0稱為該電池之放電平臺行業(yè)標準1C放電平臺為70%以上，放電平臺對手機電池使用效果影響最大，關系到手機通話的聲音清晰度。放電平臺放電平臺時間

放電平臺時間是指在電池滿電情況下放電至某電壓的放電時間。例對某三元電池測量其3.6V的放電平臺時間，以恒壓充到電壓為4.2V，并且充電電流小于0.02C時停止充電即充滿電后，然后擱置10分鐘，在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時的放電時間即為該電流下的放電平臺時間。因某些使用鋰離子電池的用電器的工作電壓都有電壓要求，如果低于要求值，則會出現(xiàn)無法工作的情況。所以放電平臺是衡量電池性能好壞的重要標準之一。倍率放電性能：因為鋰離子電池用的是有機溶劑電解液，電導率一般只有鉛酸或堿性電池電解液的幾百分之一。因此，鋰離子電池在大電流放電時，來不及從電解液中補充Li+,會發(fā)生電壓下降（IR降）充放電倍率充放電倍率是指電池在規(guī)定的時間內充入放出其額定容量時所需要的電流值，1C在數(shù)值上等于電池額定容量，通常以字母C表示。如電池的標稱額定容量為10Ah，則10A為1C（1倍率），5A則為0.5C，100A為10C，以此類推。自放電率自放電率又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，電池所儲存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池的制造工藝、材料、儲存條件等因素的影響。是衡量電池性能的重要參數(shù)。自放電：在開路時自動放電的現(xiàn)象原因：1.負極腐蝕腐蝕反應解決方案：加入緩蝕劑

2.正極自放電自放電越小，儲存性能越好高功率功率電池自放電較大，鎳氫電池自放電較大，鋰離子電池自放電較小防止辦法：低溫低濕防止外短路不加電解液自放電和儲存性能電池完全充電后，放置一個月。然后用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即為該電池之月自放電率行業(yè)標準鋰離子電池月自放電率小于12%。電池自放電與電池的放置性能有關，其大小和電池內阻結構和材料性能有關。我們現(xiàn)開發(fā)的鐵鋰電池自放電率小于5%。自放電鎳氫電池(Ni-MH)鎳鎘電池(Ni-Cd)鋰離子電池(LiPorLiB)30-35%25-30%10%均為室溫下充滿電的各電池儲存1個月后的自放電率自放電原因：因為制作電池的原材料不可能是百分之百的純，總會有雜質混在中間，所以不可避免地存在自放電現(xiàn)象。各種電池的自放電率比較低溫放電性能：溫度低時，鋰離子電池的放電平臺有一定的降低。特別注意一點：鋰聚合物電池，在低溫時，聚合物電池中存在非導電的晶體相，而聚合物的導電特性直接依賴于載流子的數(shù)目和載流子的運動。因此：鋰聚合物電池的放電平臺降低的更多。高溫性能鋰離子電池在高溫下存儲容量會有衰減，這些衰減可以通過小電流充放電恢復

高溫充放電會影響電池的循環(huán)性能，且會使電池有微量膨脹電池一般推薦在0-40度范圍內工作循環(huán)性能：鋰離子電池的循環(huán)特性較好，一般500次循環(huán)以后還可以保持80%左右的容量。電池在完全充電后完全放電，循環(huán)進行，直到容量衰減為初始容量的75%，此時循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命循環(huán)壽命與電池充放電條件有關鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達300-500次（行業(yè)標準），最高可達800-1000次。我們磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命：2000次循環(huán)壽命充電效率和放電效率充電效率是指電池在充電過程中所消耗的電能轉化成電池所能儲存的化學能程度的量度。主要受電池工藝，配方及電池的工作環(huán)境溫度影響，一般環(huán)境溫度越高，則充電效率越低。放電效率是指在一定的放電條件下放電至終點電壓所放出的實際電量與電池的額定容量之比，主要受放電倍率，環(huán)境溫度，內阻等因素影響，一般情況下，放電倍率越高，則放電效率越低。溫度越低，放電效率越低。電流通過電池內部時受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內阻。電池的內阻不是常數(shù)，在放電過程中隨時間不斷變化，因為活性物質的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化與濃差極化。內阻的存在，使電池放電時的端電壓低于電池電動勢和開路電壓，充電時端電壓高于電動勢和開路電壓。歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關系，常隨電流密度的對數(shù)增大而線性增大。鋰離子電池內阻小于10mΩ內阻鋰離子電池正極材料不僅作為電極材料參與電化學反應，而且還作為提供鋰離子的“離子庫”，其重要性是不言而喻的。它的比容量、結構穩(wěn)定性、安全性（熱穩(wěn)定性和耐過充性）及材料的物性是直接影響鋰離子電池綜合性能的重要指標。鋰離子電池大規(guī)模應用的最大障礙在于電池的成本較高及安全性問題，尤其是在電動車用動力電源領域。因此，目前在鋰離子電池的材料開發(fā)研究中，絕大多數(shù)的研究工作都集中于如何降低正極材料的成本和改善其安全性上面。第三節(jié)鋰離子電池正極材料（1）具有較高的氧化還原電位，保證鋰離子電池的高電壓特性；LiCoO2（Li+/Li）Graphite（Li+/Li）（2）允許大量的鋰離子嵌入脫出，保證鋰離子電池的高容量特性；1、正極材料的要求（2）允許大量的鋰離子嵌入脫出，保證鋰離子電池的高容量理論容量的計算:C理論=nF/3.6M，其中C理論為理論比容量，n為嵌入鋰的摩爾數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，M為物質的分子量比容量單位：mAh/g1mol正極材料Li離子完全脫嵌時轉移的電量為96500C（96500C/mol是法拉第常數(shù)）由單位知mAh/g指每克電極材料理論上放出的電量：1mA·h＝1×（10－3）安培×3600秒＝3.6C以磷酸鋰鐵電池LiFePO4為例：LiFePO4的分子量是157.756g/mol,所以他的理論電容量是96500/157.756/3.6=170mAh/g

（3）嵌入脫出過程的可逆性好，充放電過程中材料結構變化較??；（4）鋰離子能夠快速的嵌入和脫出，具有高的電子導電率和離子導電率；（5）在電解液中化學穩(wěn)定性好；（6）低廉，容易制備，對環(huán)境友好等。鋰離子電池正極材料的簡介鋰離子電池的特性和價格都與它的正極材料密切相關。正極材料是鋰離子電池技術的核心和關鍵。正極材料的研制成為制約該類材料大規(guī)模推廣應用的關鍵。

LiCoO2LMnO2/LiMn2O4LiNi1-yCoyO2

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

正極材料LiMePO4

2、正極材料的研發(fā)歷史3、正極材料的選擇可變價的過渡金屬-氧化還原反應，一方面過渡金屬存在混合價態(tài)，電子導電較理想，另一方面不易發(fā)生歧化反應。鋰離子遷移的通道-空間結構第一類為層狀材料：這些材料都具有陰離子密堆或準密堆結構，陰離子簇間的交替層被具有氧化還原性的過渡金屬離子占據，鋰離子則嵌入剩余簇間空位。LiTiS2為最先研究的層狀結構材料，接下來為LiCoO2、LiNi1-xCoxO2、以及現(xiàn)今研究熱門LiNi1-z-yMnyCozO2。尖晶石材料可認為是一種特殊的結構，過渡金屬離子在每一層都有序排布。第二類材料則具有更為敞形的結構，如多種釩氧化物、管道化合物MnO2、以及新型過渡金屬磷酸鹽如LiFePO4，都屬于這種結構。由于晶體結構更為緊湊，第一類材料在單位體積的能量儲存上擁有本質上的優(yōu)勢。但是某些第二類材料如LiFePO4，則更具有成本上的優(yōu)勢。

存在問題循環(huán)性能差熱穩(wěn)定性與安全性貯存性能鎳系正極材料

解決問題改進制備方法，尋求一種制備球形材料的方法改性：一種途徑是體相摻雜；另一種途徑就是表面包覆；鎳系材料的改性研究改性研究體相摻雜形狀改性表面包覆摻雜多用陽離子（Al，Mg，Zn等）部分取代鎳或鈷，同時還可以加入F等陰離子，可以抑止循環(huán)過程中材料的相變和晶格變化。在正極材料的表面包覆一層保護膜，如Al2O3、MgO、SnO2、ZnO等，可以從不同方面提高材料的性能。正極材料的電化學性能與粉體顆粒的形貌、粒徑及其分布等密切相關。調整正極材料形貌、粒徑及其分布等是增強正極材料性能的重要途徑之一。

非過渡金屬陽離子摻雜Ni基正極材料Mg摻雜在首次高過電位階段，Mg將從晶片移動到晶間穩(wěn)定結構抑制循環(huán)過程相變及晶格參數(shù)變化，提高循環(huán)性能但是，過量的摻雜將導致容量下降，同時導電率降低，未見有改善熱穩(wěn)定性。Al摻雜有利于層狀有序相的制備；抑制循環(huán)過程相變，提高循環(huán)性能；抑制脫鋰相在加熱過程放熱分解反應，提高熱穩(wěn)定性；減少載流子擴散阻力，增大擴散系數(shù)，還能提高氧化還原電位。Ga摻雜穩(wěn)定鎳基材料層狀結構；改善循環(huán)性能，在整個3.0-4.3V范圍內減少了不可逆相變的發(fā)生。100次循環(huán)容量保持率提高到95%。

過渡金屬陽離子摻雜Ni基正極材料Co摻雜促進Ni的有序化和氧化，增加可逆容量和循環(huán)性提高脫鋰態(tài)穩(wěn)定性被認為最有潛力，且實現(xiàn)產業(yè)化Mn摻雜抑制材料相變提高循環(huán)提高熱穩(wěn)定性關于容量、價態(tài)的說法眾多Ti摻雜Ti4+能夠抑制Ni2+進入Li位，改善循環(huán)提高結構穩(wěn)定性，尤其是脫鋰態(tài)熱穩(wěn)定性

陰離子摻雜Ni基正極材料用F-或S2-置換O2-，也有報道，認為F能改善材料循環(huán)性能，少量摻雜對容量影響不大，但大量可能引起容量大大降低甚至失去活性；S摻雜能夠抑制充放電過程相變，明顯改善循環(huán)性能，但會造成容量下降。

多元素摻雜Ni基正極材料單元素摻雜效果單一，多元素復合參在能夠綜合利用不同效果，獲得性能更好Ni基材料，這也是鎳基材料研究發(fā)展趨勢。研究