鋰離子電池中正極材料所占成本約為40%，負極僅占5%左右，可見正極材料在鋰離子電池中的重要地位。正極材料主要分為三大類，分別是層狀結構、尖晶石結構和橄欖石結構。尖晶石結構和橄欖石結構的代表性材料分別是LiMn2O4和LiFePO4,層狀結構的代表材料則為LiMO2(M=Ni、Co、Mn)以及三元材料。

　　三元正極材料簡介

　　1999年來自新加坡國立大學的ZhaolinLiu等人首次提出不同組分的三元層狀Li(Ni,Co,Mn)O2材料，通過Ni-Co-Mn的協同作用，結合了LiCoO2循環(huán)性能好，LiNiO2高比容量和LiMnO2成本低安全性能好的優(yōu)點。

　　從圖1中可以對三元正極材料的性能做個大致了解

　　圖1幾種正極材料性能對比圖

　　就電動汽車來說，要想跑得更遠，就必須有更高的電池能量，相比于廣泛應用于動力電池的LFP來說，三元材料有更高的能量，在提高續(xù)航能力方面很有前景。目前行業(yè)內電動汽車價格居高難下，動力電池的造價很高是重要原因之一，它的價格幾乎占了整車的一半。

　　三元正極材料具有更長的壽命，使動力電池可以使用的更久，從而提高電動汽車的性價比。然而，去年1月國家叫停了三元鋰離子電池在客車上的使用，主要是出于三元材料安全性能不穩(wěn)定的考慮。畢竟，在知識爆炸的今天，沒有什么能阻擋人們對新科技的探索，除了安全問題。

　　隨著Ni-Co-Mn三種元素比例的變化，大致將三元材料分為兩類，Ni:Mn等量型和富鎳型。前者的Co為+3價，Ni為+2價，Mn為+4價，Mn不變價起穩(wěn)定結構的作用，Ni在充電時失去2個電子，保持材料的高容量特性。

　　為提高電池容量，增加Ni的含量，稱為富鎳型，這類材料中Co為+3價，Ni為+2/+3價，Mn為+4價。充電電壓低于4.4V（相對于Li+/Li）時,Ni+2/+3被氧化，形成Ni+4;繼續(xù)充電，在較高電壓下，Co3+參與反應生成Co4+。在4.4V以下充放電時，Ni的含量越高，材料可逆比容量越大。

　　用Al3+替代Mn4+形成的NCA也屬于高鎳三元材料，Al3+和Mn4+一樣價態(tài)不變起穩(wěn)定結構的作用，Co含量影響材料離子導電性，含量越高充放電倍率性越好。圖2把不同組分三元材料的性能進行了對比。

　　圖2不同組分三元材料放電比容量、熱穩(wěn)定性和容量保持率的關系

　　從圖中可以看出，隨著Ni含量增高，放點比容量由160mA·h·g-1增加到了200mA·h·g-1以上，同時熱穩(wěn)定性和容量保持率有所降低。

　　3.三元材料存在的問題

　　·Ni含量增加帶來的影響

　　通過增加三元材料中Ni的含量，可以提高電池的容量。然而，循環(huán)性、熱穩(wěn)定性卻隨之變差。當Ni含量增加時，會在氧化還原過程中伴隨相變的發(fā)生，造成容量的衰減。Ni含量增加還降低了熱分解溫度，使放熱量增加，造成材料熱穩(wěn)定性變差。對于高鎳Li[NixCoyMnz]O2材料，x>0.6的材料很容易于空氣中CO2和H2O反應生成Li2CO3、LiOH前者是造成氣脹的元兇，后者會與電解液中的LiPF6反應。x的數值更高時，帶來的影響更嚴重。

　　·與電解液的匹配

　　在電解質和正極材料的界面處的反應和電荷傳輸會影響鋰離子電池的性能，活性材料的腐蝕和電解液的分解將嚴重影響電荷在電極/電解液界面的傳輸。

　　·表面反應不均勻

　　來自韓國科學技術研究院的SooyeonHwang[3]等人研究發(fā)現，NCA在充電過程中結構會發(fā)生變化，粒子表面的Li更容易脫出，造成表面的晶體和粒子結構變得不均勻，這種變化會使材料發(fā)生快速的容量衰減和阻抗上升。

　　4.三元材料的研發(fā)方向

　　來自武漢大學的艾新平教授對下一代動力電池做出了預測，提到以NCM、NCA為正極，石墨類碳為負極的電池體系達到150～170Wh／kg的近期目標無難度，但安全性是制約其裝車應用的主要障礙；

　　表1為各個階段中，各種電池體系比能量值的預測：

　　未來的發(fā)展中，一下四個方向值得發(fā)掘：更高容量三元材料；更高功率的三元材料；合成方法的改進；與三元材料匹配的電解液添加劑的研究。