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【摘 要】随着资源与环境问题的日益突出，新能源汽车快速发展，铿离子电池具有比能量高、比功率大、使用寿命长、工作范围宽等特点，已成为新能源汽车动力电池的发展方向。本文主要对车用动力电池材料中的正极材料进行阐述，在文章的阐述中首先对车用动力电池材料的现状进行叙述，进而对各种正极材料进行分析研究。
【关键词】车用动力；电池材料；正极材料
一、车用动力电池材料的现状
自1991年锂离子电池商业化以来，层状LiCoO2是目前最为成熟的正极材料，广泛应用于各种电子产品中，为锂离子电池的发展和应用奠定了坚实基础。但是，由于贫锂相Li（1-x）CoO2（0.6≤x≤1）结构不稳而易失氧导致安全性降低，加之钴资源匮乏以及毒性较大等问题，限制了其深入应用。通过在LiCoO2中引入ni、Mn、AL等金属进而调制组分得到各种二元、三元材料如LinixCoyMnzO2（x+y+z=1），不仅可降低材料成本和改善环境友好度，而且极大地丰富了电池材料的种类。更重要的是，以Lini1/3Co1/3Mn1/3O2为代表的三元材料展示出比容量高、结构稳定和安全可靠等优点，后续研究致力于进一步改进其循环和倍率性能。作为层状嵌锂氧化物的一类替代材料，尖晶石相LiMn2O4具有价格便宜、环境友好和安全性好等优点，目前的研究热点是其高温下的容量衰减问题及相关机理如John-TeLLer效应、Mn溶解、晶格应力和氧空位等。值得注意是，具有尖晶石结构的Lini0.5Mn1.5O4可显著提升锂离子电池的电压和能量密度，在近年获得了广泛关注。聚阴离子化合物因其中xon-4（x=S，P，Si，Mo，W等）基团的诱导作用使得氧化还原点对的能级提高，并具有良好的结构稳定性，是另外一类非常有前景的正极材料。其中最具代表性的是Goodennough课题组于1997年发现的橄榄石相LiFePO4，具有比容量高（170mA·h·g-1）、放电电压平坦（3.4V，vs.Li/Li+）、循环稳定、耐过充/放、高温性能较好等优良的电化性能。同时，其原料来源丰富、价格便宜、无毒环保，自发现以来获得了大量的基础研究和工业应用。目前的开发重点是提高其电子电导率和离子扩散速率以改善倍率性能和比功率。此外，部分研究工作亦着眼于提高材料的堆积密度以加快其在电动汽车中的实际应用。
由此可见，现有各种正极材料体系均有其自身的优点和不足，无法满足人们对锂离子电池在能量、功率、寿命、安全、成本和环保等方面日益严苛的储能要求。特别是对动力电池来说，结构稳定、高电压、大容量、快充放的正极材料已经成为其控制命脉。
二、车用动力锂离子电池正极材料的研究
1、钴酸锂正极材料
钴酸锂LiCoO2是商业化最早的层状过渡族金属氧化物正极材料，且目前仍是消费电子产品领域主流正极材料之一。LiCoO2具有274mAh/g的理论比容量，实际使用过程中，4.2V（vsLi/Li+）放电时比容量为145mAh/g，4.5V（vsLi/Li+）放电时比容量可以达到170mAh/g以上。LiCoO2材料为典型的层状α-NaFeO2型结构，具有明显的层状材料特征，空间点群为R3m，Co和Li离子交替占据在六方晶系的层间八面体位置，其晶胞参数为a=0.282nm，c=1.406nm。LiCoO2材料的电子电导率在10–3S/cm左右，离子电导率与LixCoO2中的x值存在密切关系，在充放电过程中，随着锂离子的嵌入脱出，LiCoO2材料发生两个相变：分别为锂离子有序/无序转变、六角相转变为单斜相，因此其锂离子扩散系数变化可以达到几个数量级，一般在10–9～10–7m2/s。
目前以钴酸锂为正极材料的锂离子电池在二次电池市场中仍然占据了最大的市场份额。最近几年，由于大屏幕3C产品的更新换代，锂离子电池正极材料能量密度亟需提高，LiCoO2材料在能量密度方面的缺陷空前暴露，目前对钴酸锂材料能量密度提升的研究主要集中在两个方向：一个是将钴酸锂粉末颗粒做大，并实现单晶化，以提高材料的压实密度，从而提高能量密度；
另外一个是对材料进行掺杂和表面惰性材料包覆处理，提高材料的放电电压和循环性能，以提高能量密度。目前钴酸锂材料压实密度已经可以做到4.1g/cm3以上，充电截止电压可达到4.5V，比容量可以达到170mAh/g以上，在一定程度上进一步提高了钴酸锂电池的能量密度。在目前所有商品锂离子电池体系中，钴酸锂电池是除镍钴铝（NCA）电池以外能量密度最高的锂离子电池体系。
2、锰酸锂正极材料
尖晶石结构的锰酸锂LiMn2O4材料，属于Fd3m空间点群，氧原子占据晶胞32e位置，锰原子占据八面体空隙处16d位置，而锂原子占据1/8四面体的8a位置。四面体与八面体通过共面与共边连接在一起，形成了LiMn2O4中锂离子进行脱嵌的三维通道，锂离子在尖晶石LiMn2O4材料中的扩散系数在10–14～10–12m2/s。LiMn2O4材料的理论比容量为148mAh/g，实际可逆比容量能够达到120mAh/g。
在充放电过程中，锂离子在尖晶石LixMn2O4材料中的脱嵌过程分为四个步骤：当00.5时，锂离子进一步嵌入，LiMn2O4相和Li0.5Mn2O4相两相共存，此时对应放电曲线的低压平台部分，为3.90～4.03V；在放电末期，鋰离子嵌入到尖晶石结构八面体中的16c位置，形成Li2Mn2O4相，约3.0V。
在4V左右高电压平台区，LixMn2O4材料结构比较稳定，当放电电压降低至3.0V左右时，锂离子在3.0V低电压区嵌入/脱出时，Mn3+大量出现，从而引起Jahn-Teller效应，该效应可造成尖晶石结构由立方对称转变成四方对称，材料的结构发生变化，容量快速衰减，高温放电时这一现象尤为明显。因此，LiMn2O4材料的放电截止电压应尽量在3.0V以上。 LiMn2O4材料的高温循环性能和储存性能较差是一直阻碍该材料大规模应用的两个因素。目前为止，研究者认为造成LiMn2O4材料的高温循环性能和储存性能较差主要是由于以下三种原因造成的：第一，Mn3+的溶解；第二，电解液的氧化分解；第三，Mn3+的Jahn-Teller效应造成的LiMn2O4材料结构变化。
为了提高LiMn2O4材料的高温循环性能与储存性能，促进LiMn2O4材料的产业化应用，科研工作者尝试了多种方式对LiMn2O4材料进行改进，包括降低比表面积、金属阳离子掺杂和氧化物包覆等，并且取得了很大的成效。目前市场上应用的高端锰酸锂一般为Al掺杂的LiMn2O4材料，并且比表面积较低，甚至将锰酸锂做成单晶状态，以降低比表面积，从而降低Mn溶解的扩散面积。
3、磷酸铁锂正极材料
磷酸铁锂LiFePO4材料是一种新型的锂离子电池正极材料，具有原材料丰富、循环寿命长、放电电压平台稳定等诸多优点。LiFePO4材料理论比容量为170mAh/g，橄榄石型结构，六方密堆积排列，Pnmb空间点群。在LiFePO4晶格中，P占据在四面体位置，八面体的空隙位置为Li、Fe所填充，晶体构型由八面体FeO6和四面体PO4构成整体空间架构，每一个FeO6八面体与周围4个FeO6八面体通过顶点连接起来，构成锯齿形的平面结构，用于传输电子。
LiFePO4材料存在两个缺点，严重阻碍了LiFePO4材料的实际应用。
（1）电子和离子电导率均较低，锂离子扩散系数很低，导致普通LiFePO4材料的倍率性能很差。LiFePO4材料的电导率为10–9～10–10S/cm，锂离子扩散系数为1.8×10–10m2/s。由于LiFePO4材料的电子电导率和锂离子扩散系数均较低，锂离子电池的充放电过程受电子电导率和锂离子扩散系数所控制，因此LiFePO4材料的倍率性能很差，其电化学性能的发挥也受到很大影响。
研究表明，造成LiFePO4材料的电子电导率和锂离子扩散系数较低的原因主要有两个：FeO6八面体被位于其层间的PO4四面体分隔，造成材料的电子电导率较低；LiFePO4晶体中O离子以六方紧密堆积的方式排列，为锂离子提供的传输通道非常有限，阻碍了锂离子的迁移。在提高LiFePO4材料电导率方面，目前对LiFePO4材料改进的研究主要集中在纳米化和碳包覆两个方向，材料的纳米化对LiFePO4的离子和电子电导率均有提高，而碳包覆只是对材料的电子电导率有所提高，但是两者都会降低材料的压实密度，从而降低LiFePO4电池的能量密度，而且还会增加材料的制备成本和降低材料性能的一致性；
（2）堆积密度低，LiFePO4的理论密度为3.6g/cm3，目前商业化的多为无规则形LiFePO4粉末颗粒，其振实密度一般不超过1.0g/cm3，比LiCoO2、LiMn2O4等的都要小，导致其体积能量密度低。这两个问题极大地阻碍了LiFePO4材料的产业化进程。在提高LiFePO4材料的堆积密度方面，目前采用的工艺普遍是合成球形磷酸铁，以高密度球形磷酸铁为原料进一步合成高振密球形磷酸铁锂。
4、层状镍钴铝正极材料
层状镍钴铝正极材料LiNixCo1–x–yMnyO2，简称NCA正极材料。LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料为最成熟、最典型的一款NCA正极材料，4.3V（vsLi/Li+）放电时，比容量在185mAh/g以上。NCA正极材料的研究起源于LiNiO2材料，是对LiNiO2进行钴和铝的共同掺杂所得产物，因掺杂后Co和Al占据Ni位，故其晶体结构与LiNiO2相似，为α-NaFeO2型层状结构，属R3m空间群，其中O2–占据6c位置构成fcc点阵，Li+和Ni3+（以及Co3+、Al3+）交替占据八面体间隙的3b、3a位。Co在NCA材料中的作用机理和三元材料中Co的作用基本一致，掺杂Co后，晶胞参数均随着Co的掺杂量增大逐渐减小，c/a值逐渐增加，镍锂混排程度逐渐降低，并且可以降低Ni3+的Jahn-Teller扭曲，提高材料的循环性能和热稳定性。
5、层状富锂锰基材料
层状富锂锰基xLi2MnO3·（1–x）LiMO2是以层状Li2MnO3材料与层状LiMO2材料，如LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2、LiNixCo1–x–yMnyO2等材料形成的层状固溶体材料。Li2MnO3与典型的层状结构LiMO2材料具有相同的氧离子排布结构和层间距，因此两者可以实现原子级结合，形成层状固溶体材料，高分辨率透射电镜都不能对两种单独相进行区分。Li2MnO3和LiMO2材料一样，具有层状结构，C2/m空间点群，O离子以立方密堆积排列；Li2MnO3中Li、Mn离子分别占据O离子形成的八面体位，与层状正极材料LiCoO2、LiNiO2等不同的是，其金属层以Li离子和Mn离子混合层的方式存在，一层为Li离子单独成层排列，另一层为Li和Mn离子按照摩尔比1∶2成层排列，两层交替排列形成Li[Li1/3Mn2/3]O2结构，层间距均为0.47nm。LiMO2材料由于自身结构不稳定等原因，宽电压范围充放电受到限制，不能发挥其理论比容量。科研工作者研究发现Li2MnO3在脱出Li2O后形成稳定层状结构的MnO2，而Li2MnO3与LiMO2又可以形成原子级别结合的固溶体材料。Thackeray等最早提出了将Li2MnO3与LiMO2形成固溶体复合材料xLi2MnO3（1–x）LiMO2，可以在宽电压范围内充放电时实现材料结构的稳定，其先后Li2MnO3-LiCoO2，xLi2MnO3·（1–x）LiNi0.5Mn0.5O2，xLi2MnO3·（1–x）LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2等不同固溶体体系进行了研究，合成了具有高放电比容量的层状富锂锰基固溶体材料。xLi2MnO3·（1–x）LiMO2材料主要存在首次不可逆容量高、倍率性能较差两个缺点。首次不可逆容量高和Li2MnO3的结构存在直接的关系，首次充电时，Li2MnO3中的Li2O第一次脱出后，晶格内部氧离子脱出，减少了放电时锂离子回嵌所需的八面体空位，只能嵌入一个锂离子，造成xLi2MnO3·（1–x）LiMO2材料的首次不可逆容量较高；倍率性能较差的原因主要是Mn离子在Li2MnO3结构中以+4价存在，已经为最高价态，不能被继续氧化，为锂离子的嵌入脱出反应提供电化学电对，导致电化学活性较差，增加了xLi2MnO3·（1–x）LiMO2材料电池在充放电过程中的电化学阻抗。
结语
在车用动力电池领域，里程忧虑成为限制电动车发展的关键瓶颈，三元正极材料（包括镍钴锰系（NCM）和镍钴铝系（NCA）层状三元材料）因具有高能量密度、优低温特性和高一致性，能为电动汽车里程憂虑、安全性等核心问题提供更好的解决方案，相比于锰酸锂和磷酸铁锂等传统车用正极，正逐渐发展成当今和未来的主流技术路线；下一步正极材料将通过提高自身容量和电压，继续沿高容量方向发展富锂固溶体、高镍尖晶石等体系。
参考文献：
[1]肖亮，刘韩星.电池材料中物质扩散的研究方法[J].国外建材科技.2008（05）
[2]单玉香，王群才，孟庆臻.锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展[J].化工科技.2010（03）
[3]杨雁泽，王荔，何涌.电极材料中锰的分析方法[J].电源技术.2002（S1）
【关键词】车用动力；电池材料；正极材料
一、车用动力电池材料的现状
自1991年锂离子电池商业化以来，层状LiCoO2是目前最为成熟的正极材料，广泛应用于各种电子产品中，为锂离子电池的发展和应用奠定了坚实基础。但是，由于贫锂相Li（1-x）CoO2（0.6≤x≤1）结构不稳而易失氧导致安全性降低，加之钴资源匮乏以及毒性较大等问题，限制了其深入应用。通过在LiCoO2中引入ni、Mn、AL等金属进而调制组分得到各种二元、三元材料如LinixCoyMnzO2（x+y+z=1），不仅可降低材料成本和改善环境友好度，而且极大地丰富了电池材料的种类。更重要的是，以Lini1/3Co1/3Mn1/3O2为代表的三元材料展示出比容量高、结构稳定和安全可靠等优点，后续研究致力于进一步改进其循环和倍率性能。作为层状嵌锂氧化物的一类替代材料，尖晶石相LiMn2O4具有价格便宜、环境友好和安全性好等优点，目前的研究热点是其高温下的容量衰减问题及相关机理如John-TeLLer效应、Mn溶解、晶格应力和氧空位等。值得注意是，具有尖晶石结构的Lini0.5Mn1.5O4可显著提升锂离子电池的电压和能量密度，在近年获得了广泛关注。聚阴离子化合物因其中xon-4（x=S，P，Si，Mo，W等）基团的诱导作用使得氧化还原点对的能级提高，并具有良好的结构稳定性，是另外一类非常有前景的正极材料。其中最具代表性的是Goodennough课题组于1997年发现的橄榄石相LiFePO4，具有比容量高（170mA·h·g-1）、放电电压平坦（3.4V，vs.Li/Li+）、循环稳定、耐过充/放、高温性能较好等优良的电化性能。同时，其原料来源丰富、价格便宜、无毒环保，自发现以来获得了大量的基础研究和工业应用。目前的开发重点是提高其电子电导率和离子扩散速率以改善倍率性能和比功率。此外，部分研究工作亦着眼于提高材料的堆积密度以加快其在电动汽车中的实际应用。
由此可见，现有各种正极材料体系均有其自身的优点和不足，无法满足人们对锂离子电池在能量、功率、寿命、安全、成本和环保等方面日益严苛的储能要求。特别是对动力电池来说，结构稳定、高电压、大容量、快充放的正极材料已经成为其控制命脉。
二、车用动力锂离子电池正极材料的研究
1、钴酸锂正极材料
钴酸锂LiCoO2是商业化最早的层状过渡族金属氧化物正极材料，且目前仍是消费电子产品领域主流正极材料之一。LiCoO2具有274mAh/g的理论比容量，实际使用过程中，4.2V（vsLi/Li+）放电时比容量为145mAh/g，4.5V（vsLi/Li+）放电时比容量可以达到170mAh/g以上。LiCoO2材料为典型的层状α-NaFeO2型结构，具有明显的层状材料特征，空间点群为R3m，Co和Li离子交替占据在六方晶系的层间八面体位置，其晶胞参数为a=0.282nm，c=1.406nm。LiCoO2材料的电子电导率在10–3S/cm左右，离子电导率与LixCoO2中的x值存在密切关系，在充放电过程中，随着锂离子的嵌入脱出，LiCoO2材料发生两个相变：分别为锂离子有序/无序转变、六角相转变为单斜相，因此其锂离子扩散系数变化可以达到几个数量级，一般在10–9～10–7m2/s。
目前以钴酸锂为正极材料的锂离子电池在二次电池市场中仍然占据了最大的市场份额。最近几年，由于大屏幕3C产品的更新换代，锂离子电池正极材料能量密度亟需提高，LiCoO2材料在能量密度方面的缺陷空前暴露，目前对钴酸锂材料能量密度提升的研究主要集中在两个方向：一个是将钴酸锂粉末颗粒做大，并实现单晶化，以提高材料的压实密度，从而提高能量密度；
另外一个是对材料进行掺杂和表面惰性材料包覆处理，提高材料的放电电压和循环性能，以提高能量密度。目前钴酸锂材料压实密度已经可以做到4.1g/cm3以上，充电截止电压可达到4.5V，比容量可以达到170mAh/g以上，在一定程度上进一步提高了钴酸锂电池的能量密度。在目前所有商品锂离子电池体系中，钴酸锂电池是除镍钴铝（NCA）电池以外能量密度最高的锂离子电池体系。
2、锰酸锂正极材料
尖晶石结构的锰酸锂LiMn2O4材料，属于Fd3m空间点群，氧原子占据晶胞32e位置，锰原子占据八面体空隙处16d位置，而锂原子占据1/8四面体的8a位置。四面体与八面体通过共面与共边连接在一起，形成了LiMn2O4中锂离子进行脱嵌的三维通道，锂离子在尖晶石LiMn2O4材料中的扩散系数在10–14～10–12m2/s。LiMn2O4材料的理论比容量为148mAh/g，实际可逆比容量能够达到120mAh/g。
在充放电过程中，锂离子在尖晶石LixMn2O4材料中的脱嵌过程分为四个步骤：当0
在4V左右高电压平台区，LixMn2O4材料结构比较稳定，当放电电压降低至3.0V左右时，锂离子在3.0V低电压区嵌入/脱出时，Mn3+大量出现，从而引起Jahn-Teller效应，该效应可造成尖晶石结构由立方对称转变成四方对称，材料的结构发生变化，容量快速衰减，高温放电时这一现象尤为明显。因此，LiMn2O4材料的放电截止电压应尽量在3.0V以上。 LiMn2O4材料的高温循环性能和储存性能较差是一直阻碍该材料大规模应用的两个因素。目前为止，研究者认为造成LiMn2O4材料的高温循环性能和储存性能较差主要是由于以下三种原因造成的：第一，Mn3+的溶解；第二，电解液的氧化分解；第三，Mn3+的Jahn-Teller效应造成的LiMn2O4材料结构变化。
为了提高LiMn2O4材料的高温循环性能与储存性能，促进LiMn2O4材料的产业化应用，科研工作者尝试了多种方式对LiMn2O4材料进行改进，包括降低比表面积、金属阳离子掺杂和氧化物包覆等，并且取得了很大的成效。目前市场上应用的高端锰酸锂一般为Al掺杂的LiMn2O4材料，并且比表面积较低，甚至将锰酸锂做成单晶状态，以降低比表面积，从而降低Mn溶解的扩散面积。
3、磷酸铁锂正极材料
磷酸铁锂LiFePO4材料是一种新型的锂离子电池正极材料，具有原材料丰富、循环寿命长、放电电压平台稳定等诸多优点。LiFePO4材料理论比容量为170mAh/g，橄榄石型结构，六方密堆积排列，Pnmb空间点群。在LiFePO4晶格中，P占据在四面体位置，八面体的空隙位置为Li、Fe所填充，晶体构型由八面体FeO6和四面体PO4构成整体空间架构，每一个FeO6八面体与周围4个FeO6八面体通过顶点连接起来，构成锯齿形的平面结构，用于传输电子。
LiFePO4材料存在两个缺点，严重阻碍了LiFePO4材料的实际应用。
（1）电子和离子电导率均较低，锂离子扩散系数很低，导致普通LiFePO4材料的倍率性能很差。LiFePO4材料的电导率为10–9～10–10S/cm，锂离子扩散系数为1.8×10–10m2/s。由于LiFePO4材料的电子电导率和锂离子扩散系数均较低，锂离子电池的充放电过程受电子电导率和锂离子扩散系数所控制，因此LiFePO4材料的倍率性能很差，其电化学性能的发挥也受到很大影响。
研究表明，造成LiFePO4材料的电子电导率和锂离子扩散系数较低的原因主要有两个：FeO6八面体被位于其层间的PO4四面体分隔，造成材料的电子电导率较低；LiFePO4晶体中O离子以六方紧密堆积的方式排列，为锂离子提供的传输通道非常有限，阻碍了锂离子的迁移。在提高LiFePO4材料电导率方面，目前对LiFePO4材料改进的研究主要集中在纳米化和碳包覆两个方向，材料的纳米化对LiFePO4的离子和电子电导率均有提高，而碳包覆只是对材料的电子电导率有所提高，但是两者都会降低材料的压实密度，从而降低LiFePO4电池的能量密度，而且还会增加材料的制备成本和降低材料性能的一致性；
（2）堆积密度低，LiFePO4的理论密度为3.6g/cm3，目前商业化的多为无规则形LiFePO4粉末颗粒，其振实密度一般不超过1.0g/cm3，比LiCoO2、LiMn2O4等的都要小，导致其体积能量密度低。这两个问题极大地阻碍了LiFePO4材料的产业化进程。在提高LiFePO4材料的堆积密度方面，目前采用的工艺普遍是合成球形磷酸铁，以高密度球形磷酸铁为原料进一步合成高振密球形磷酸铁锂。
4、层状镍钴铝正极材料
层状镍钴铝正极材料LiNixCo1–x–yMnyO2，简称NCA正极材料。LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料为最成熟、最典型的一款NCA正极材料，4.3V（vsLi/Li+）放电时，比容量在185mAh/g以上。NCA正极材料的研究起源于LiNiO2材料，是对LiNiO2进行钴和铝的共同掺杂所得产物，因掺杂后Co和Al占据Ni位，故其晶体结构与LiNiO2相似，为α-NaFeO2型层状结构，属R3m空间群，其中O2–占据6c位置构成fcc点阵，Li+和Ni3+（以及Co3+、Al3+）交替占据八面体间隙的3b、3a位。Co在NCA材料中的作用机理和三元材料中Co的作用基本一致，掺杂Co后，晶胞参数均随着Co的掺杂量增大逐渐减小，c/a值逐渐增加，镍锂混排程度逐渐降低，并且可以降低Ni3+的Jahn-Teller扭曲，提高材料的循环性能和热稳定性。
5、层状富锂锰基材料
层状富锂锰基xLi2MnO3·（1–x）LiMO2是以层状Li2MnO3材料与层状LiMO2材料，如LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2、LiNixCo1–x–yMnyO2等材料形成的层状固溶体材料。Li2MnO3与典型的层状结构LiMO2材料具有相同的氧离子排布结构和层间距，因此两者可以实现原子级结合，形成层状固溶体材料，高分辨率透射电镜都不能对两种单独相进行区分。Li2MnO3和LiMO2材料一样，具有层状结构，C2/m空间点群，O离子以立方密堆积排列；Li2MnO3中Li、Mn离子分别占据O离子形成的八面体位，与层状正极材料LiCoO2、LiNiO2等不同的是，其金属层以Li离子和Mn离子混合层的方式存在，一层为Li离子单独成层排列，另一层为Li和Mn离子按照摩尔比1∶2成层排列，两层交替排列形成Li[Li1/3Mn2/3]O2结构，层间距均为0.47nm。LiMO2材料由于自身结构不稳定等原因，宽电压范围充放电受到限制，不能发挥其理论比容量。科研工作者研究发现Li2MnO3在脱出Li2O后形成稳定层状结构的MnO2，而Li2MnO3与LiMO2又可以形成原子级别结合的固溶体材料。Thackeray等最早提出了将Li2MnO3与LiMO2形成固溶体复合材料xLi2MnO3（1–x）LiMO2，可以在宽电压范围内充放电时实现材料结构的稳定，其先后Li2MnO3-LiCoO2，xLi2MnO3·（1–x）LiNi0.5Mn0.5O2，xLi2MnO3·（1–x）LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2等不同固溶体体系进行了研究，合成了具有高放电比容量的层状富锂锰基固溶体材料。xLi2MnO3·（1–x）LiMO2材料主要存在首次不可逆容量高、倍率性能较差两个缺点。首次不可逆容量高和Li2MnO3的结构存在直接的关系，首次充电时，Li2MnO3中的Li2O第一次脱出后，晶格内部氧离子脱出，减少了放电时锂离子回嵌所需的八面体空位，只能嵌入一个锂离子，造成xLi2MnO3·（1–x）LiMO2材料的首次不可逆容量较高；倍率性能较差的原因主要是Mn离子在Li2MnO3结构中以+4价存在，已经为最高价态，不能被继续氧化，为锂离子的嵌入脱出反应提供电化学电对，导致电化学活性较差，增加了xLi2MnO3·（1–x）LiMO2材料电池在充放电过程中的电化学阻抗。
结语
在车用动力电池领域，里程忧虑成为限制电动车发展的关键瓶颈，三元正极材料（包括镍钴锰系（NCM）和镍钴铝系（NCA）层状三元材料）因具有高能量密度、优低温特性和高一致性，能为电动汽车里程憂虑、安全性等核心问题提供更好的解决方案，相比于锰酸锂和磷酸铁锂等传统车用正极，正逐渐发展成当今和未来的主流技术路线；下一步正极材料将通过提高自身容量和电压，继续沿高容量方向发展富锂固溶体、高镍尖晶石等体系。
参考文献：
[1]肖亮，刘韩星.电池材料中物质扩散的研究方法[J].国外建材科技.2008（05）
[2]单玉香，王群才，孟庆臻.锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展[J].化工科技.2010（03）
[3]杨雁泽，王荔，何涌.电极材料中锰的分析方法[J].电源技术.2002（S1）