锂离子电池：基础及应用(第四章)

踏入锂离子电池的世界，第四章的主角是那些驱动电能流动的关键正极材料，由Christian Graf的深入解析揭示其奥秘。

4.1 起航：过渡金属化合物的革新</

它们以层状氧化物为舞台，如革命性的NCM（Li1-x(Ni0.33Mn0.33Co0.33)O2），它的嵌入-脱嵌机制让锂离子在氧化态的变迁中舞蹈。LCO，尽管是市场上的常客，其嵌锂结构带来了4.0 V的高充电电压，但稳定性欠佳，且氧气释放的风险和高昂成本都曾是痛点。

4.2 进阶：LCO与LNO的较量</

为提高稳定性，科研人员巧妙地将钴替换为镍和铝，如NCA（LiNi0.8Co0.15Al0.05O2），它展现出了超越LNO的稳定性和循环性能。通过F-和S2-的掺杂，还能抑制Ni2+的移动，强化电池的耐久性。

挑战与突破：Li1-xMnO2的双面刃</

Li1-xMnO2具有两面性，正交型结构并不利于电化学反应，而α-NaFeO2的稳定性问题让人头疼。当Li0.5MnO2结构转换为LiMn2O4，性能才得以提升，揭示了结构转变的力量。

NCM的卓越与挑战</

NCM以其高容量吸引眼球，但镍的混合可能会阻碍锂的扩散。尽管其66%的理论容量引人注目，NCM的电压曲线受不同氧化态影响，钴的加入增加了电导性和稳定性，但混合占据和相变问题依然存在，是科学家们不断探索的领域。

未来的探索：低钴与低成本的追求</

研究的焦点转向了寻找低成本的低钴、低锰化合物，以降低生产成本。然而，高镍含量成为提升容量的关键。NCM的3.7 V放电电压相比LCO的3.9 V略低，这背后是对性能和经济效益平衡的不懈追求。