1. 锂离子电池工作原理

在锂离子电池中，充放电过程就是锂离子的嵌入和脱出过程，同时也伴随着大量电子的转移。充电时，电池正极脱出锂离子，外电路给予锂离子足够的能量经过电解液运动到负极，脱出的锂离子越多充电容量越高。当对电池放电时，嵌在负极中的锂离子在外电路的作用下脱出，又返回正极。

以石墨为负极，LiCoO₂为正极，锂离子电池的充放电原理如图 1所示。充电时，锂离子从 LiCoO₂的晶格位置发生脱嵌，Co³ 被氧化成Co⁴ ，释放一个电子；放电时，锂离子嵌入到LiCoO₂的晶格位置中，Co⁴ 被还原为Co³ ，同时得到一个电子。而在负极中，当锂离子插入到石墨结构中后，石墨与此同时得到一个电子。因为在充放电过程中，锂离子在正负极之间往返移动，其行为就像”摇椅”一样，所以锂离子电池被形象地称为”摇椅电池”^[1,2]。

2. 锂电池正极材料

2.1. 层状结构的 LiMO₂(M=Co或Ni)

2.1.1. LiCoO₂

LiCoO₂为α-NaFeO₂层状结构，属于R_3m空间群，晶格常数为 a=b=2.816 Aring;，c=14.081 Aring;^[3-4]。在LiCoO₂晶体结构中，O为立方紧密堆积，位居6c位置，形成共边的八面体；而 Co 和 Li 则分别交替占据八面体的3a和3b 位置。

由于锂离子可以在CoO₂层间进行二维运动，其离子扩散系数较大(10^-9cm²/s)^[5]。另外，由于 CoO₆八面体共棱，Co与Co之间以Co-O-Co 形式发生相互作用，电子电导率也较高。LiCoO₂的理论比容量为 274 m Ah g^-1[6]，工作电压在 3.9 V (vs. Li /Li)左右。但在实际应用中，由于过充其晶体结构会发生转变甚至塌陷，最多只能从晶格中脱出 0.5 个 Li ，因此实际比容量只有 140 m Ah g^-1左右^[7]。

2.1.2. LiNiO₂

LiNiO₂具有和 LiCoO₂相同的 α-NaFeO2层状结构，也属于 R_3m的空间群^[8]，氧原子以稍微扭曲的立方密堆积排列，而锂原子和镍原子交替占据其八面体空隙，理论容量为 274 m Ah g^-1，工作电压在 3.75 V (vs. Li /Li)左右，实际容量为180~220 m Ah g