1、正極材料的性能和一般制備辦法

正極中表征離子輸運性質(zhì)的緊要參數(shù)是化學擴散系數(shù),通常情況下，正極活性物質(zhì)中鋰離子的擴散系數(shù)都比較低。鋰嵌入到正極材料或從正級材料中脫嵌，伴隨著晶相變化。因此，鋰離子電池的電極膜都要求很薄，一般為幾十微米的數(shù)量級。正極材料的嵌鋰化合物是鋰離子電池中鋰離子的臨時儲存容器。為了獲得較高的單體電池電壓，傾向于選擇高電勢的嵌鋰化合物。正極材料應(yīng)滿足：

1）在所要求的充放電電位范圍內(nèi)，具有與電解質(zhì)溶液的電化學相容性；

2）溫柔的電極過程動力學；

3）高度可逆性；

4）全鋰化狀態(tài)下在空氣中的穩(wěn)定性。

研究的熱點緊要聚集在層狀LiMO2和尖晶石型LiM2O4結(jié)構(gòu)的化合物及復合兩種M（M為Co，Ni，Mn，V等過渡金屬離子）的類似電極材料上。作為鋰離子電池的正極材料，Li＋離子的脫嵌與嵌入過程中結(jié)構(gòu)變化的程度和可逆性決定了電池的穩(wěn)定重復充放電性。正極材料制備中，其原料性能和合成工藝條件都會對最終結(jié)構(gòu)出現(xiàn)影響。多種有前途的正極材料，都存在使用循環(huán)過程中電容量衰減的情況，這是研究中的首要問題。已商品化的正極材料有Li1－xCoO2。

1）固相法

一般選用碳酸鋰等鋰鹽和鈷化合物或鎳化合物研磨混合后，進行燒結(jié)反應(yīng)[10]。此辦法優(yōu)勢是工藝流程簡單，原料易得，屬于鋰離子電池發(fā)展初期被廣泛研究開發(fā)加工的辦法，國外技術(shù)較成熟；缺點是所制得正極材料電容量有限，原料混合平均性差，制備材料的性能穩(wěn)定性不好，批次與批次之間質(zhì)量一致性差。

2）絡(luò)合物法

用有機絡(luò)合物先制備含鋰離子和鈷或釩離子的絡(luò)合物前驅(qū)體，再燒結(jié)制備。該辦法的優(yōu)勢是分子規(guī)?；旌?，材料平均性和性能穩(wěn)定性好，正極材料電容量比固相法高，國外已實驗用作鋰離子電池的工業(yè)化辦法，技術(shù)并未成熟，國內(nèi)目前還鮮有報道。

3）溶膠凝膠法

利用上世紀70年代發(fā)展起來的制備超微粒子的辦法，制備正極材料，該辦法具備了絡(luò)合物法的優(yōu)勢，而且制備出的電極材料電容量有較大的提高，屬于正在國內(nèi)外迅速發(fā)展的一種辦法。缺點是成本較高，技術(shù)還屬于開發(fā)階段[11]。

4）離子交換法

Armstrong等用離子交換法制備的LiMnO2，獲得了可逆放電容量達270mAh/g高值，此辦法成為研究的新熱點，它具有所制電極性能穩(wěn)定，電容量高的特點。但過程涉及溶液重結(jié)晶蒸發(fā)等費能費時步驟，距離實用化還有相當距離。

正極材料的研究從國外文獻可看出,其電容量以每年30～50mAh/g的速度在上升，發(fā)展趨向于微結(jié)構(gòu)尺度越來越小，而電容量越來越大的嵌鋰化合物，原材料尺度向納米級挺進，有關(guān)嵌鋰化合物結(jié)構(gòu)的理論研究已取得一定進展，但其發(fā)展理論還在不斷變化中。困擾這一范疇的鋰離子電池電容量提高和循環(huán)容量衰減的問題，已有研究者提出添加其它組分來克服的辦法[12][13][14][15][16][17]。但就目前而言，這些辦法的理論機理并未研究清楚，導致日本學者Yoshio.Nishi認為，過去十年以來在這一范疇實質(zhì)進展不大[1]，急須進一步地研究。

2、負極材料的性能和一般制備辦法

負極材料的電導率一般都較高，則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰的化合物，如各種碳材料和金屬氧化物。可逆地嵌入脫嵌鋰離子的負極材料要求具有：

1）在鋰離子的嵌入反應(yīng)中自由能變化?。?/p>

2）鋰離子在負極的固態(tài)結(jié)構(gòu)中有高的擴散率；

3）高度可逆的嵌入反應(yīng)；

4）有良好的電導率；

5）熱力學上穩(wěn)定，同時與電解質(zhì)不發(fā)生反應(yīng)。

研究工作緊要聚集在碳材料和具有特殊結(jié)構(gòu)的其它金屬氧化物。石墨、軟碳、中相碳微球已在國內(nèi)有開發(fā)和研究，硬碳、碳納米管、巴基球C60等多種碳材料正在被研究中[18][19][20][21][22][23]。日本HondaResearchandDevelopmentCo．，Ltd的K．Sato等人利用聚對苯撐乙烯（PolyparaphenylenePPP）的熱解產(chǎn)物PPP－700（以一定的加熱速度加熱PPP至700℃，并保溫一按時間得到的熱解產(chǎn)物）作為負極，可逆容量高達680mAh/g。美國MIT的MJMatthews報道PPP－700儲鋰容量（Storagecapacity）可達1170mAh/g。若儲鋰容量為1170mAh/g，隨著鋰嵌入量的新增，進而提高鋰離子電池性能，筆者認為今后研究將聚集于更小的納米尺度的嵌鋰微結(jié)構(gòu)。幾乎與研究碳負極同時，尋找電位與Li＋／Li電位相似的其他負極材料的工作一直受到重視。鋰離子電池中所用碳材料尚存在兩方面的問題：

1）電壓滯后，即鋰的嵌入反應(yīng)在0～0．25V之間進行（相有關(guān)Li＋／Li）而脫嵌反應(yīng)則在1V左右發(fā)生；

2）循環(huán)容量逐漸下降，一般經(jīng)過12～20次循環(huán)后，容量降至400～500mAh/g。

理論上的進一步深化還有賴于各種高純度、結(jié)構(gòu)規(guī)整的原料及碳材料的制備和更為有效的結(jié)構(gòu)表征辦法的建立。日本富士公司開發(fā)出了鋰離子電池新型錫復合氧化物基負極材料，除此之外，已有的研究緊要聚集于一些金屬氧化物，其質(zhì)量比能量較碳負極材料大大提高。如SnO2，WO2，MoO2，VO2，TiO2，LixFe2O3，Li4Ti5O12，Li4Mn5O12等[24]，但不如碳電極成熟。鋰在碳材料中的可逆高儲存機理緊要有鋰分子Li2形成機理、多層鋰機理、晶格點陣機理、彈性球－彈性網(wǎng)模型、層－邊端－表面儲鋰機理、納米級石墨儲鋰機理、碳－鋰－氫機理和微孔儲鋰機理。石墨，作為碳材料中的一種，早就被發(fā)現(xiàn)它能與鋰形成石墨嵌入化合物（GraphiteIntercalationCompounds）LiC6，但這些理論還處于發(fā)展階段。負極材料要克服的困難也是一個容量循環(huán)衰減的問題，但從文獻可知，制備高純度和規(guī)整的微結(jié)構(gòu)碳負極材料是發(fā)展的一個方向。

一般制備負極材料的辦法可綜述如下。

1）在一定高溫下加熱軟碳得到高度石墨化的碳；嵌鋰石墨離子型化合物分子式為LiC6，其中的鋰離子在石墨中嵌入和脫嵌過程動態(tài)變化，石墨結(jié)構(gòu)與電化學性能的關(guān)系，不可逆電容量損失原由和提高辦法等問題，都得到眾多研究者的探討。

2）將具有特殊結(jié)構(gòu)的交聯(lián)樹脂在高溫下分析得到的硬碳,可逆電容量比石墨碳高，其結(jié)構(gòu)受原料影響較大，但一般文獻認為這些碳結(jié)構(gòu)中的納米微孔對其嵌鋰容量有較大影響，對其研究緊要聚集于利用特殊分子結(jié)構(gòu)的高聚物來制備含更多納米級微孔的硬碳[25][26][27]。

3）高溫熱分析有機物和高聚物制備的含氫碳[28][29]。這類材料具有600～900mAh/g的可逆電容量，因而受到關(guān)注，但其電壓滯后和循環(huán)容量下降的問題是其最大使用障礙。對其制備辦法的改進和理論機理解釋將是研究的重點。

4）各種金屬氧化物其機理與正極材料類似[24]，也受到研究者的留意，研究方向緊要是獲取新型結(jié)構(gòu)或復合結(jié)構(gòu)的金屬氧化物。

5）作為一種嵌鋰材料，碳納米管、巴基球C60等也是當前研究的一個新熱點，成為納米材料研究的一個分支。碳納米管、巴基球C60的特殊結(jié)構(gòu)使其成為高電容量嵌鋰材料的最佳選擇[22][23][30]。從理論上說，納米結(jié)構(gòu)可供應(yīng)的嵌鋰容量會比目前已有的各種材料要高，其微觀結(jié)構(gòu)已被廣泛研究并取得了很大進展，但要怎么樣制備適當堆積方式以獲得優(yōu)異性能的電極材料，這應(yīng)是研究的一個緊要方向[31][32][33]。