目前，NCA正极材料的供应市场主要由中、日、韩三国把持着，其中日本又被日本化学、户田和SMM三家所垄断。商业发展中[10]，美国Tesla选择了三元正极材料(NCA)作为其电动汽车提供充足的动力；中国比亚迪使用的是市场流通最为广泛的LiFePO4正极材料，但是LiFePO4电池理论容量只有170mAh/g，远低于NCA的279mAh/g，因此在提供动力和单次巡航方面稍微有些不足。2016年5月10日，比亚迪表示，接下来尝试使用三元锂电池为混合动力汽车提供动力。

1。2。2锂离子电池的工作原理

锂离子电池[11]主要由阴极、阳极、能传导锂离子的电解质以及把阴阳极隔开的隔膜组成。锂电池的实质是一种浓差电池，其正负电极材料由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极为不同类型的含锂化合物，负极则由石墨一类的物质形成层状结构，锂离子（Li+）可填充于其中。锂离子电池的工作原理具体如图1-1，当锂离子电池充电时，Li+会从电池的正极材料中出来进入到锂离子电池的电解液中，再通过电池中的隔膜向负极移动，此时负极有电子，Li+捕获一个电子再嵌入到负极的晶格里面。这时候，电池正极因脱出Li+而处于贫锂态，负极因为嵌入Li+而处于富锂态，要求外电路给负极供应电子补充从而确保负极的电荷平衡，因而在电池内部产生正极到负极的电流；反之在电池放电时则过程相反，Li+在负极脱嵌，移向正极并结合于正极的化合物之中。在锂离子电池的正常的循环充放电过程中，因为Li+可以在正负极材料上进行可逆的嵌入和脱出，所以电极材料会发生氧化还原反应。与传统锂电池相比，锂离子电池中的Li+不在经过氧化还原过程，仅仅是在电池的两个电极位置反反复复的嵌入与脱出就像一个摇椅左右摇摆，因此锂电池又被戏称为“摇椅电池”[12-14]。虽然Li+的嵌入和脱出会导致电池材料层之间的间距离发生一定的变化，但是多数情况下，不会造成材料正、负极的晶体结构的变化[15]，所以锂离子电池具有良好的循环稳定性和安全性。

锂离子电池的一个典型放电原理为：

正极：CoO2+Li++e-=LiCoO2

负极：LiC6-e-=6C+Li+

总反应：CoO2+LiC6=LiCoO2+6C

摇椅式锂离子电池的充放电原理

1。2。3锂离子电池正极材料

正极材料的研究支撑着锂离子电池技术的进步。发展高能锂离子电池的关键任务之一是高容量正极材料的开发，尽管在理论上来说能够脱嵌锂的物质很多，但是可以制备成满足电池正极材料要求的物质却并非易事。正极材料在性质上一般应满足以下特点[16]：(1)在要求的充放电范围内，应与电解液有很好的相容性；(2)温和的电极过程动力学；(3)良好的可逆性；(4)在富锂状态下稳定性好。电池材料在结构上应满足：(1)层状或者隧道结构，便于锂离子脱嵌，锂离子在脱嵌时无结构上的变化，电极具有良好的可逆性；(2)锂离子嵌入和脱出量大，电极有较高的容量，锂离子在脱嵌的过程中吉布斯自由能变化不大，以保证有平稳的充放电平台；(3)锂离子在材料中有较大的扩散系数，电池可以快速的充放电。

目前已经市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂[17]LiCoO2(LCO)、锰酸锂[18]LiMn2O4(LMO)、磷酸盐锂LiMPO4(M为Fe或Mn)、镍钴酸锰锂[19]LiNixCoyMnzO2(NCM)和镍钴酸铝锂LiNixCoyAlzO2(NCA)等。

1。3 NCA三元正极材料的研究进展

1。3。1 三元材料NCM正极材料

工业化应用的三元正极材料LiNixCo1-x-yMnyO2属于层状a-NaFeO2型层状结构[20]。NCM主要可以分为以下三种LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0。4Co0。2Mn0。4O2和LiNi0。5Co0。2Mn0。3O2。其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2是被最早提出的[21]，目前也是应用较广泛的三元材料。目前的研究除了对NCM三元材料动力电池的性能进行测试为，更多的是对NCM材料进行改性，进一步提升材料的循环寿命和安全性[22]。