鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鎳鈷錳(鋁)酸鋰、磷酸鐵鋰是已大規(guī)模實(shí)用化的四類鋰離子電池正極材料。
鈷酸鋰（Li Co O2）是最早用于商業(yè)化的鋰離子電池正極材料。該材料制備簡單、比容量高、綜合性能好，目前廣泛應(yīng)用于小型的數(shù)碼電子產(chǎn)品中。大量研究表明，Li1-xCOO2在 0≤X≤0.5 的范圍內(nèi)循環(huán)時，具有優(yōu)異的循環(huán)性能，當(dāng) X≥0.8 時，大多數(shù)電解質(zhì)將會在4.3 V 附近發(fā)生氧化分解反應(yīng)。鈷酸鋰的實(shí)際比容量僅為 130～140 m Ah/g，為理論比容量的 50%～60%。在鋰離子電池的反復(fù)充放電過程中，多次收縮和膨脹會導(dǎo)致鈷酸鋰的結(jié)構(gòu)從三方晶系向斜方晶系轉(zhuǎn)變，使得內(nèi)阻變大，容量變小。另外，鈷比較昂貴，鈷酸鋰材料的安全性能較差，不適于在電動汽車和儲能電站中使用。
尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰（Li Mn2O4）制備簡單，原料豐富廉價，嵌鋰容量相對較低，且有兩個放電平臺，高溫循環(huán)性能較差，適于應(yīng)用于一些比較低端的領(lǐng)域，如電動自行車等。雖然摻雜過渡金屬離子可以改善錳酸鋰的循環(huán)性能，但是在高溫下，容量衰減仍較明顯。目前研究人員認(rèn)為尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰容量衰減的主要原因有如下三點(diǎn)：
（1）材料中含有錳元素，材料粒子表面的三價錳會發(fā)生歧化反應(yīng)生成二價的錳和四價的錳，歧化反應(yīng)生成的二價錳會溶解在電解液中，造成錳的溶解，從而導(dǎo)致容量下降。
（2）材料粒子表面發(fā)生的楊泰勒效應(yīng)會在放電末期擴(kuò)散到錳酸鋰的整個組分中去。該體系在動力學(xué)條件下，并非屬于真正的熱力學(xué)平衡。因此相會發(fā)生一級轉(zhuǎn)變，從立方相到四方相，不論該形變有多么小，都足以對其結(jié)構(gòu)造成破壞，變成無序性增加且對稱性低的四方相結(jié)構(gòu)。
（3）在充電末期，高度脫鋰的尖晶石粒子在有機(jī)溶劑中不穩(wěn)定，四價錳的高氧化性，會導(dǎo)致錳酸鋰在 4 V 平臺容量的衰減。因此，改善高溫下錳酸鋰的循環(huán)性能依舊是一個重要的課題。目前對于改善錳酸鋰的循環(huán)性能主要方法有表面處理、摻雜陰陽離子、電解液中加入添加劑、減少材料粒子的比表面積等。
三元鎳鈷錳（鋁）酸鋰材料是目前廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和動力電池的正極材料。
它的研究可以追溯到上世紀(jì) 90 年代，是在對鈷酸鋰、鎳酸鋰等進(jìn)行摻雜改性研究過程中逐漸發(fā)展起來的，最初的目的是為了減少正極材料中昂貴的鈷用量。例如，在鎳酸鋰正極材料中進(jìn)行鈷元素?fù)诫s研究時，制備出了一系列 Li Ni1-xCoxO2正極材料。隨后，研究人員為了降低 Li Ni1-xCo
xO2正極材料中昂貴的金屬鈷用量，又在材料中摻雜了錳、鋁等元素，以減少鈷元素的用量，進(jìn)一步降低材料的制備成本，如 NCA 和 NCM。該正極材料中錳元素主要是保證了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。鎳元素的電化學(xué)活性在材料中占主導(dǎo)位置，是保持三元鎳鈷錳（鋁）酸鋰材料高容量特性的根本。鈷元素可以增加離子導(dǎo)電性，降低材料的電化學(xué)極化及提高倍率特性。目前的制備方法主要是先用共沉淀法制備鎳鈷錳（鋁）氫氧化物前驅(qū)體，再通過與鋰源共混高溫焙燒反應(yīng)合成。三元鎳鈷錳（鋁）酸鋰正極材料集中了鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰材料的各自優(yōu)點(diǎn)，可逆比容量大、結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定、循環(huán)性能較好，但還是含有鈷元素，成本相對較高，安全性較差。
橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰（Li Fe PO4）正極材料原料豐富廉價、工作電壓適中（3.4 V）平穩(wěn)、理論比容量較高（170 m Ah/g），特別是在成本、循環(huán)性能、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢，是商用電動汽車動力鋰離子電池的理想正極材料，同時預(yù)計(jì)在未來的儲能電池領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。