(1) 锂钴氧化物(LiCoO2)
LiCoO2是钴系正极材料的代表,是最早也是目前商业化应用最多、最广泛锂离子电池正极材料。LiCoO2具有明显而稳定的α-NaFeO2型层状结构的特征,属八方系,空间点群为R- m。
在LiCoO2结构中氧离子是面心立方紧密堆积排列,锂离子与钴离子交替占据结的3a和3b位,氧离子占据结构的6c位,形成层状结构,其晶格参a=2.816(2) ,b=14.08(l) 。此种电池材料具有工作电压高、容量高、循环性能好、记忆应小、使用寿命长和可低温合成等优点。由于Li¬+的离子半径(0.074nm)与Co3+的离子半径(0.063nm)相差较大,则各裡层与其它原子层之间的结合力要弱于其它晶向的层结合力,因此,锂离子在合适的电位下可以脱出或嵌入晶格。LiCoO2由于具有合成条宽松、制备工艺简单、寿命长和性能稳定的优点而率先实现商品化,得以广泛应用。[4]
由于LiCoO2材料自身结构缺陷与不足的限制,在实际的电池充放电过程中只有部分的锂离子能够进行可逆的嵌入与脱出,所以此电池材料理论上的270mAh/g,实际容量只有140mAh/g左右,阻碍着材料的继续发展。
(2) 锂镍氧化物(LiNiO2)
锂镍氧化物LiNiO2和锂钴氧化物LiNiO2具有相同的结构,同属a-NaFeO2型层状结构,晶面上呈六方晶系排列其中6c位上的氧为立方密堆积,镇和锂分别处于3a、3b位,并且交替占据LiNiO2结构的八面体空隙,在(111)晶面方向上呈层状排列。LiNiO2的理论容量也比较高,且此材料的工作电压范围比较宽,不受过充电和过放电的制约,同时具有对环境友好、无污染、与多种电解液良好的相容性、副反应比较少、价格低廉、比容量高等优点[5]。此外此材料的电化学性LiCoO2还优良,被认为是一种非常有前途的锂离子电池正极材料。LiNiO2的电化学性能虽然在理论上比较具有优势,但其在现实生活中的使却并不多,并且也很难得到进一步的深入发展,主要原因是LiNiO2的制备过程比困难、充放电过程中也会发生晶系相变的转化。
(3) 锂锰氧化物(LiMnO2、LiMn2O4)
锂锰氧化物相比锂钴氧化物和锂镍氧化物,具有好的安全性能、好的耐过充性能而且原料锰具有资源丰富、价格低廉的优点,因此被认为是很有发展前途和应用前景的一种锂离子电池正极材料。但锂锰氧化物在合成和充放电过程中,却容易发生结构变,对材料的电化学性能产生不利的影响。许多研究者在合成锂锰氧化物时,发现采用同的Li/Mn金属比可以得到不同化学组成的锂氧化物。大量的研究表明,在众多的锰氧化物中。能作为锂离子电池正极材料使用的最主要的两种化合物是层状结LiMnO2和尖晶石型化合物LiMn2O4。[6]