锂离子电池正负极材料有哪些种类？终于清楚了！
锂离子电池正极材料主要包括：锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列。
我们经常会看到磷酸铁锂，三元等专业的锂离子电池术语，这些都是根据锂离子电池正极材料来区分锂离子电池的类型。相对来讲，锂离子电池的正、负极材料对电池性能的影响比较大，是大家比较关心的方面。那么，当前市场上都有哪些常见的正负极材料呢？用他们做锂离子电池，又有哪些优缺点？
一、正极材料
首先，我们来看看正极材料，正极材料的选择，主要基于以下几个因素考虑：
1） 具有较高的氧化还原反应电位，使锂离子电池达到较高的输出电压；
2） 锂元素含量高，材料堆积密度高，使得锂离子电池具有较高的能量密度；
3） 化学反应过程中的结构稳定性要好，使得锂离子电池具有长循环寿命；
4） 电导率要高，使得锂离子电池具有良好的充放电倍率性能；
5） 化学稳定性和热稳定性要好，不易分解和发热，使得锂离子电池具有良好的安全性；
6） 价格便宜，使得锂离子电池的成本足够低；
7） 制造工艺相对简单，便于大规模生产；
8） 对环境的污染低，易于回收利用。
当前，锂离子电池的能量密度、充放电倍率、安全性等一些关键指标，主要受制于正极材料。
基于这些因素考虑，经过工程研究和市场化检验，目前市场常见的正极材料如下表所示：
1. 锂钴氧化物
锂钴氧化物是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料。其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的。
2. 锂镍氧化物
镍酸锂(LiNiO2)为立方岩盐结构，与LiCoO2相同，但其价格比LiCoO2低。LiNiO2理论容量为276mAh/g，实际比容量为140~180mAh/g，工作电压范围为2.5V~4.2V[66]，无过充或过放电的限制，具有高温稳定性好，自放电率低，无污染，是继LiCoO2之后研究得较多的层状化合物。但LiNiO2作为锂离子电池正极材料存在以下问题亟待研究解决。
3. 锂锰氧化物
我国锰资源储量丰富，而且锰无毒，污染小，因此层状结构的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4都成为了正极材料研究的热点。
4. 锰镍钴复合氧化物
层状锰镍钴复合氧化物正极材料综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2 三种层状材料的优点，其综合性能优于以上任一单一组分正极材料，存在明显的三元协同效应：通过引入Co，能够减少阳离子混合占位情况，有效稳定材料的层状结构;通过引入Ni，可提高材料的容量;通过引入Mn，不仅可以降低材料成本，而且还可以提高材料的安全性。而LiMnxNiyCo1-x-yO2材料充放电平台略高于LiCoO2，适合现有各类锂离子电池应用产品，有望取代现有各类其他正极材料。
5. 锂钒氧化物
钒为多价态金属，与锂可形成多种氧化物，主要包括层状的LiVO2、LixV2O4、Li1+xV3O8和尖晶石型LiV2O4、反尖晶石型LiVMO4(M=Ni, Co)。
二、负极材料
相对而言，针对锂离子电池负极材料的研究，没有正极材料那么多，但是负极材料对锂离子电池性能的提高仍起着至关重要的作用，锂离子电池负极材料的选择应主要考虑以下几个条件：
1） 应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌；
2） 在锂离子脱嵌时无结构上的变化，具有良好的充放电可逆性和循环寿命；
3） 锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出，以使电极具有较高的可逆容量；
4） 氧化还原反应的电位要低，与正极材料配合，使电池具有较高的输出电压；
5） 首次不可逆放电比容量较小；
6） 与电解质溶剂相容性好；
7） 资源丰富、价格低廉；
8） 安全性好；
9） 环境友好。
锂离子电池负极材料的种类繁多，根据化学组成可以分为金属类负极材料（包括合金）、无机非金属类负极材料及金属氧化物类负极材料。
（1）金属类负极材料：这类材料多具有超高的嵌锂容量。最早研究的负极材料是金属锂。由于电池的安全问题和循环性能不佳，金属锂作为负极材料并未得到广泛应用。近年来，合金类负极材料得到了比较广泛的研究，如锡基合金，铝基合金、镁基合金、锑基合等，是一个新的方向。
（2）无机非金属类负极材料：用作锂离子电池负极的无机非金属材料主要是碳材料、硅材料及其它非金属的复合材料。
（3）过渡金属氧化物材料：这类材料一般具有结构稳定，循环寿命长等优点，如锂过渡氧化物（钛酸锂等）、锡基复合氧化物等。
就当前的市场而言，在大规模商业化应用方面，负极材料仍然以碳材料为主，石墨类和非石墨类碳材料都有应用。在汽车及电动工具领域，钛酸锂作为负极材料也有一定的应用，主要是具有非常优异的循环寿命、安全性和倍率性能，但是会降低电池的能量密度，因此不是市场主流。其他类型的负极材料，除了SONY在锡合金方面有产品推出，大多仍以科学研究和工程开发为主，市场化应用的比较少。
就未来的发展趋势而言，如果能有效解决循环性能，硅基材料将可能取代碳材料成为下一代锂离子电池的主要负极材料。锡合金，硅合金等合金类的负极材料，也是一个非常热门的方向，将走向产业化。此外，安全性和能量密度较高的铁氧化物，有可能取代钛酸锂（LTO），在一些长寿命和安全性要求较高的领域，得到广泛应用。
接下来的内容，我们将就锂离子电池与能量相关的两个关键指标：能量密度和充放电倍率，展开一些简短的论述。
能量密度，是单位体积或重量可以存储的能量多少，这个指标当然是越高越好，凡是浓缩的都是精华嘛。充放电倍率，是能量存储和释放的速度，最好是秒速，瞬间存满或释放，召之即来挥之即去。
当然，这些都是理想，实际上受制于各种各样的现实因素，我们既不可能获得无限的能量，也不可能实现能量的瞬间转移。如何不断的突破这些限制，达到更高的等级，就是需要我们去解决的难题。
