锂离子电池的正极材料、负极材料各种各样。在表1中，

表1

我们简单地对这些材料的差异进行了整理和汇总。以下是目前最常用的4 种正极材料。

（1）钴酸锂：LiCoO2

1991 年问世的第一个锂离子电池产品，使用的是钴酸锂。其能量密度高，主要用在以手机和笔记本电脑为代表的小型设备中。但是，钴是稀有元素，成本高。近来，同时含有镍、锰、钴的三元电极材料逐渐被镍、磷酸亚铁等所取代。

（2）锰酸锂：LiMn2O4

锰酸锂电池的特点是高电压、低价格，在汽车上的使用得到了普及。

（3）磷酸铁锂：LiFePO4

磷酸铁锂电池主产于中国，其特点是电压低，内阻较大，承受过电压能力强，经常在EV 上使用，或者用作备用电源。

（4）三元电极材料：LiNixMnyCozO2

含镍、锰、钴的三元电极材料的电池，价格低，能量密度高，综合性能优越。含镍电池中使用的镍元素，虽然不如钴元素那么稀有，但也是稀有金属，价格很高。但是它具有高能量密度这一突出特点，在EV 和燃油汽车方面的应用得到了普及。

锂离子电池主要使用的负极材料见表2。

表2

（1）石墨类

1991 年问世的第一个锂离子电池产品，负极材料使用的是短晶体结构的硬（石墨）①。硬碳的特点是周期寿命长，但电压变化较大、成本高，使用范围并不广泛。与硬碳相比，长晶体结构的软碳具有能量密度高、成本低的优势。最近，成本更低的合成石墨占据了主流。

（2）锡硅材料

以汽车为代表的应用，要求电池具有大容量。因此，硅和锡基材料的研究十分盛行。但充放电时，负极的膨胀收缩率较大，导致固定活性物质的黏合剂发生剥离，不能适应长时间使用。现在，通过与碳材料合成，也在努力提高寿命。

（3）钛基材料

东芝公司在电池负极上使用了钛酸锂，虽然其能量密度低，但是可以进行快速充电，低温特性优越，周期劣化小。它被命名为“SCiB”（商品名），在EV等中得到了应用。

隔膜是为了防止负极与正极短路而设置的（不是为了绝缘）。该材料使用了聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃等多孔高分子材料。

图1

图1 显示了不同材料的隔膜在温度上升时的内阻变化情况。高温时，隔膜发生溶解, 孔隙发生堵塞，抑制锂离子的迁移，使电阻相应增加，从而抑制电流，进而抑制发热。这叫做隔膜自动关断保护，起到防热致损坏的作用。但是，持续从外部流入大电流，或者由于其他某种原因持续加热时，隔膜溶解部分扩大，使正负极短路范围变大，会导致热失控。为了提高负极的安全性，通过增加陶瓷涂层减少高温情况下隔膜的溶解。这项技术也已经开发出来了。