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首先，我們來(lái)看看正極材料，正極材料的選擇，主要基于以下幾個(gè)因素考慮：
1.具有較高的氧化還原反應電位，使鋰離子電池達到較高的輸出電壓；
2.鋰元素含量高，材料堆積密度高，使得鋰離子電池具有較高的能量密度；
3.化學(xué)反應過(guò)程中的結構穩定性要好，使得鋰離子電池具有長(cháng)循環(huán)壽命；
4.電導率要高，使得鋰離子電池具有良好的充放電倍率性能；
5.化學(xué)穩定性和熱穩定性要好，不易分解和發(fā)熱，使得鋰離子電池具有良好的安全性；
6.價(jià)格便宜，使得鋰離子電池的成本足夠低；
7.制造工藝相對簡(jiǎn)單，便于大規模生產(chǎn)；
8)對環(huán)境的污染低，易于回收利用。
當前，鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、安全性等一些關(guān)鍵指標，主要受制于正極材料。
鈷酸鋰的商業(yè)化應用走的早，代商業(yè)化應用的鋰離子電池就是SONY在1990年推向市場(chǎng)的鈷酸鋰離子電池，隨后在消費類(lèi)產(chǎn)品中得到大規模應用。隨著(zhù)手機、筆記本、平板電腦的大規模普及，鈷酸鋰一度是鋰離子電池正極材料中銷(xiāo)售量占比大的材料。但其固有的缺點(diǎn)是質(zhì)量比容量(不等同于能量密度)低，理論極限是274mAh/g，出于正極結構穩定性考慮，實(shí)際只能達到理論值的50%，即137mAh/g。同時(shí)，由于地球上鈷元素的儲量比較低，也導致鈷酸鋰的成本偏高，難以在動(dòng)力電池領(lǐng)域大規模普及，所以鈷酸鋰正極材料將被其他材料逐步取代。
由于穩定性，安全性，材料合成困難等方面的缺點(diǎn)，鎳酸鋰的商業(yè)應用較少，市場(chǎng)上很少看到，這里不做論述。
錳酸鋰的商業(yè)化應用，主要在動(dòng)力電池領(lǐng)域，是鋰離子電池一個(gè)比較重要的分支。如日產(chǎn)的leaf純電動(dòng)轎車(chē)采用了日本AESC公司的錳酸鋰離子電池，早期的雪弗蘭Volt也采用韓國LG化學(xué)的錳酸鋰離子電池。錳酸鋰的突出優(yōu)點(diǎn)是成本低，低溫性能好，缺點(diǎn)是比容量低，極限在148mAh/g，且高溫性能差，循環(huán)壽命低。所以錳酸鋰的發(fā)展有明顯的瓶頸，近年來(lái)的研究方向主要是改性錳酸鋰，通過(guò)摻雜其他元素，改變其缺點(diǎn)。
磷酸鐵鋰材料在中國熱過(guò)一陣子，一方面受美國科研機構和企業(yè)在技術(shù)方面的帶動(dòng)，另一方面受比亞迪在國內的產(chǎn)業(yè)化推動(dòng)，前幾年國內的鋰離子電池企業(yè)在動(dòng)力電池領(lǐng)域基本都以磷酸鐵鋰材料為主。但是隨著(zhù)全球各國對鋰離子電池能量密度的要求越來(lái)越高，而磷酸鐵鋰的比容量理論極限是170mAh/g，而實(shí)際上只能達到120mAh/g左右，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當前和未來(lái)的市場(chǎng)需求。此外，磷酸鐵鋰的倍率性能一般，低溫特性差等缺點(diǎn)，也限制了磷酸鐵鋰的應用。比亞迪搞出了一個(gè)改性磷酸鐵鋰材料，把能量密度提升了不少，還未透露具體的技術(shù)細節，不知道摻雜了什么材料在里面。就產(chǎn)品應用領(lǐng)域而言，電力儲能市場(chǎng)應該是磷酸鐵鋰離子電池的一個(gè)重要市場(chǎng)，相對而言，這個(gè)市場(chǎng)對能量密度不是特別敏感，而對長(cháng)壽命，低成本，高安全性電池的迫切需求，正是磷酸鐵鋰材料的優(yōu)勢所在。
日韓企業(yè)在近幾年大力推動(dòng)三元材料的應用，鎳鈷錳三元材料逐漸成為市場(chǎng)的主流，國內企業(yè)也采取跟隨策略，逐步轉向三元材料。三元材料的比容量較高，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品已經(jīng)可以達到170~180mAh/g，從而可以將電池單體的能量密度提高到接近200Wh/kg，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的長(cháng)續航里程要求。此外，通過(guò)改變三元材料的配比(x，y的值)，還可以達到良好的倍率性能，從而滿(mǎn)足PHEV和HEV車(chē)型對大倍率小容量鋰離子電池的需求，這也正是三元材料大行其道的原因。從化學(xué)式可以看出，鎳鈷錳三元材料綜合了鈷酸鋰(LiCoO2)和錳酸鋰(LiMn2O4)的一些優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)因為摻雜了鎳元素，可以提升能量密度和倍率性能。
鎳鈷鋁三元材料，嚴格來(lái)說(shuō)，其實(shí)算是一種改性的鎳酸鋰(LiNiO2)材料，在其中摻雜了一定比例的鈷和鋁元素(占比較少)。商業(yè)化應用方面主要是日本的松下公司在做，其他鋰離子電池公司基本沒(méi)有研究這個(gè)材料。之所以拿來(lái)對比，是因為鼎鼎大名的Tesla，就是使用松下公司的18650鎳鈷鋁三元電芯做電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池系統，并且做到了接近500公里的續航里程，說(shuō)明了這種正極材料，還是有其獨特的價(jià)值。
以上僅僅是比較常見(jiàn)的鋰離子電池正極材料，并不代表所有的技術(shù)路線(xiàn)。實(shí)際上，不管是高校和科研院所，還是企業(yè)，都在努力研究新型的鋰離子電池正極材料，希望把能量密度和壽命等關(guān)鍵指標提升到更高的量級。當然，如果要在2020年達到250Wh/kg，甚至300Wh/kg的能量密度指標，現在商業(yè)化應用的正極材料都無(wú)法實(shí)現，那么正極材料就需要比較大的技術(shù)變革，如改變層狀結構為尖晶石結構的固溶體類(lèi)材料，以及有機化合物正極材料等，都是目前比較熱門(mén)的研究方向。
