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 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。鈷酸鋰的實際比容量僅為 130～140 m Ah/g，為理論比容量的 50%～60%。在鋰離子電池的反復充放電過程中，多次收縮和膨脹會導致鈷酸鋰的結構從三方晶系向斜方晶系轉變，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。
尖晶石結構的錳酸鋰（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，適于應用于一些比較低端的領域，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。目前研究人員認為尖晶石結構的錳酸鋰容量衰減的主要原因有如下三點：
（1）材料中含有錳元素，材料粒子表面的三價錳會發(fā)生歧化反應生成二價的錳和四價的錳，歧化反應生成的二價錳會溶解在電解液中，造成錳的溶解，從而導致容量下降。
（2）材料粒子表面發(fā)生的楊泰勒效應會在放電末期擴散到錳酸鋰的整個組分中去。該體系在動力學條件下，并非屬于真正的熱力學平衡。因此相會發(fā)生一級轉變，從立方相到四方相，不論該形變有多么小，都足以對其結構造成破壞，變成無序性增加且對稱性低的四方相結構。
（3）在充電末期，高度脫鋰的尖晶石粒子在有機溶劑中不穩(wěn)定，四價錳的高氧化性，會導致錳酸鋰在 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用于消費電子產(chǎn)品和動力電池的正極材料。
它的研究可以追溯到上世紀 90 年代，是在對鈷酸鋰、鎳酸鋰等進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行鈷元素摻雜研究時，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構的穩(wěn)定。鎳元素的電化學活性在材料中占主導位置，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電性，降低材料的電化學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）氫氧化物前驅體，再通過與鋰源共混高溫焙燒反應合成。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，可逆比容量大、結構較穩(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。
橄欖石結構的磷酸鐵鋰（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，同時預計在未來的儲能電池領域具有更廣闊的應用前景。