鉅大LARGE | 點擊量：158次 | 2024年07月29日
如何選擇鋰離子電池，淺談鋰離子電池的八大參數指標
這里所說的鋰離子電池特指可反復充電的二次鋰離子電池，而不是用完就扔的一次電池。
鋰離子電池分布在我們生活的每一個角落，其應用領域包括手機、平板電腦、筆記本電腦、智能手表、移動電源(充電寶)、應急電源、剃須刀、電動自行車、電動汽車、電動公交車、旅游觀光車、無人機，以及其他各類電動工具。作為電能的載體和眾多設備的動力來源，可以說，離開了鋰離子電池，當今的物質世界就玩不轉了(除非我們想倒退回幾十年前)。那么，鋰離子電池到底是什么鬼？
本文不科普電池的基本原理和發展歷史，有興趣的請百度查詢，這里頭有很多故事。物理學和化學領域的基礎理論，被愛因斯坦之前的那一波人基本上搞得七七八八了，電池跟這兩個領域直接相關，與電池有關的理論，在二戰之前就已經研究的差不多了，二戰以后并無大的創新。作為電池技術的一種，鋰離子電池的相關理論研究，近年來也沒有什么突破性進展，大多數研究都集中在材料、配方、工藝等方面，也就是如何提高產業化的程度，研究出性能更優異的鋰離子電池(存儲能量更多，用的更久)。
很多人在使用鋰離子電池，很多人在研究鋰離子電池的產品應用(如上面提到的產品)，可是大多數人對鋰離子電池知之甚少，或者總是霧里看花，不得要領。寫本文的目的，不是為了給做鋰離子電池研發的人看的，而是給那些在產品里面用到鋰離子電池的工程技術人員或者鋰離子電池的使用者看的。所以本文力求通俗易懂，盡量不使用專業化的術語和公式，希望在輕松閱讀之余，能夠提升大家對鋰離子電池的認識，起到答疑解惑的用途。
作者本人不是鋰離子電池領域的專家，沒有從事過鋰離子電池單體的技術或產品研發，但曾長期從事鋰離子電池的應用技術研究，因此希望站在用戶的角度，來闡述我對鋰離子電池的認識。普通用戶，通常把鋰離子電池直接叫作鋰離子電池，雖然兩者并不完全等同，但鋰離子電池確實是當前鋰離子電池的絕對主體。
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
文中大部分的內容，都不是本人的原創，而是已經存在的知識，站在巨人的肩膀上，我們要做的僅僅是站直身體，抬起頭，世界就在我們眼前。
二、鋰離子電池的基本原理
1.如何選擇能量的載體
首先大家會問，為何選擇鋰元素作為能量載體？
好吧，雖然我們不想去回顧化學的知識，可是這個問題必須得去元素周期表找答案，好在，大家總還記得元素周期表吧？！實在不記得，我們就花一分鐘來看看下面的表吧。
要想成為好的能量載體，就要以盡可能小的體積和重量，存儲和搬運更多的能量。因此，要滿足下面幾個基本條件：
1)原子相對質量要小
2)得失電子能力要強
3)電子轉移比例要高
基于這3項基本原則，元素周期表上面的元素比下面的元素要好，左邊的元素比右邊的元素要好。初步篩選，我們只能在元素周期表的第一周期和第二周期里面去找材料：氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖。排除惰性氣體和氧化劑，只剩下氫、鋰、鈹、硼、碳，這5個元素。
氫元素是自然界最好的能量載體，所以氫燃料動力電池的研究一直方興未艾，代表了電池領域一個非常有前途的方向。當然，假如核裂變技術在未來幾十年能夠取得重大突破，可以做到小型化甚至微型化，那么便攜式的核燃料動力電池將會有廣闊的發展空間。
接下來就是鋰了，選擇鋰元素來做電池，是基于地球當前的所有元素中，我們能夠找到的相對優解(鈹的儲量太少了，是稀有金屬中的稀有金屬)。氫燃料動力電池與鋰離子電池的技術路線之爭，在電動汽車領域打的如火如荼，大概就是因為這兩種元素，是我們目前能夠找到的比較好的能量載體。當然，這里面還牽涉到很多的商業利益，甚至政治博弈，這些不是本文要討論的范疇。
順便說一下，自然界中已經存在的，并為人類廣泛使用的能源，比如石油、天然氣、煤炭等，其重要成分也是碳、氫、氧等元素(在元素周期表的第一周期和第二周期)。所以不管是自然的選擇，還是人類的設計，最終都是殊途同歸的。
2.鋰離子電池的工作原理
下面講講鋰離子電池的工作機理。這里不闡述氧化還原反應，化學基礎不好的，或者已經把化學知識還給老師的人，看到這些專業的東西就會頭暈，所以我們還是搞點直白的描述。這里借用一張圖，這張圖比較容易讓人理解鋰離子電池的原理。
我們按照使用的習慣，根據充放電時的電壓差區分正極(+)和負極(-)，這里不講陽極和陰極，費時費力。這張圖上，電池的正極材料是鈷酸鋰(LiCoO2)，負極材料是石墨(C)。
充電的時候，在外加電場的影響下，正極材料LiCoO2分子里面的鋰元素脫離出來，變成帶正電荷的鋰離子(Li+)，在電場力的用途下，從正極移動到負極，與負極的碳原子發生化學反應，生成LiC6，于是從正極跑出來的鋰離子就很穩定的嵌入到負極的石墨層狀結構當中。從正極跑出來轉移到負極的鋰離子越多，這個電池可以存儲的能量就越多。
放電的時候剛好相反，內部電場轉向，鋰離子(Li+)從負極脫離出來，順著電場的方向，又跑回到正極，重新變成鈷酸鋰分子(LiCoO2)。從負極跑出來轉移到正極的鋰離子越多，這個電池可以釋放的能量就越多。
在每一次充放電循環過程中，鋰離子(Li+)充當了電能的搬運載體，周而復始的從正極→負極→正極來回的移動，與正、負極材料發生化學反應，將化學能和電能相互轉換，實現了電荷的轉移，這就是鋰離子電池的基本原理。由于電解質、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個循環過程中，并沒有電子在正負極之間的來回移動，它們只參與電極的化學反應。
3.鋰離子電池的基本構成
要實現上述的功能，鋰離子電池內部要包含幾種基本材料：正極活性物質、負極活性物質、隔離膜、電解質。下面做簡單論述，這些材料都是干嘛的。
正負極不難理解，要實現電荷移動，就要存在電位差的正負極材料，那么什么是活性物質？我們了解，電池實際上是將電能和化學能相互轉換，以實現能量的存儲和釋放。要實現這個過程，就要正負極的材料很容易參與化學反應，要活潑，要容易氧化和還原，從而實現能量轉換，所以我們要活性物質來做電池的正負極。
上面已經提到，鋰元素是我們做電池的優選材料，那么為何不用金屬鋰來做電極的活性物質呢？這樣不是可以達到最大的能量密度嗎？
我們再看上面這張圖，氧(O)、鈷(Co)、鋰(Li)三種元素構成了非常穩定的正極材料結構(圖中的比例和排列僅作參考)，負極石墨的碳原子排列也具有非常穩定的層狀結構。正負極材料不但要活潑，還要具有非常穩定的結構，才能實現有序的，可控的化學反應。不穩定的結果是什么？想想汽油燃燒和炸彈爆炸，能量劇烈釋放，這個化學反應的過程實際上是無法人為去精確控制的，于是化學能變成了熱能，一次性把能量釋放完畢，而且不可逆。
金屬形態存在的鋰元素太活潑了，調皮的孩子多半都不聽話，喜歡搞破壞。早期針對鋰離子電池的研究，確實是集中以金屬鋰或其合金作為負極這個方向，但是因為安全問題突出，不得不尋找其他更好的路徑。近年來，隨著人們對能量密度的追求，這個研究方向又有滿血復活的趨勢，這個我們后面會講到。
為了實現能量存儲和釋放過程中的化學穩定性，即電池充放電循環的安全性和長壽命，我們要一種電極材料，在要活潑的時候活潑，在要穩定的時候穩定。經過長期的研究和探索，人們找到了幾種鋰的金屬氧化物，如鈷酸鋰、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元等材料，作為電池正極或負極的活性物質，解決了上述問題。如上圖所示，磷酸鐵鋰的橄欖石結構也是一種非常穩定的正極材料結構，充放電過程中鋰離子的脫嵌，并不會造成晶格坍塌。題外話，鋰金屬電池確實是有的，但與鋰離子電池相比，幾乎可以忽略不計，技術的發展，最終還是要服務于市場。
當然，在解決了穩定性問題的同時，也帶來了嚴重的副用途，就是作為能量載體的鋰元素占比大大降低，能量密度降了不止一個數量級，有得必有失，自然之道啊。
負極通常選擇石墨或其他碳材料做活性物質，也是遵循上述的原則，既要求是好的能量載體，又要相對穩定，還要有相對豐富的儲量，便于大規模制造，找來找去，碳元素就是一個相對優解。當然，這并不是唯一解，針對負極材料的研究很廣泛，后面有論述。
電解質是干嘛的？通俗的講，就是游泳池里面的水，讓鋰離子能夠自由的游來游去，所以呢，離子電導率要高(游泳的阻力小)，電子電導率要小(絕緣)，化學穩定性要好(穩定壓倒一切啊)，熱穩定性要好(都是為了安全)，電位窗口要寬。基于這些原則，經過長期的工程探索，人們找到了由高純度的有機溶劑、電解質鋰鹽、和必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的電解質。有機溶劑有PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等材料。電解質鋰鹽有LiPF6，LiBF4等材料。
隔離膜則是為了阻止正負極材料直接接觸而加進來的，我們希望把電池做的盡可能的小，存儲的能量盡可能的多，于是正負極之間的距離越來越小，短路成為一個巨大的風險。為了防止正負極材料短路，造成能量的劇烈釋放，就要用一種材料將正負極隔離開來，這就是隔離膜的由來。隔離膜要具有良好的離子通過性，重要是給鋰離子開放通道，讓其可以自由通過，同時又是電子的絕緣體，以實現正負極之間的絕緣。目前市場上的隔膜重要有單層PP，單層PE，雙層PP/PE，三層PP/PE/PP復合膜等。
4.鋰離子電池的完整材料構成
除了上面提到的4種重要材料之外，要想把鋰離子電池從實驗室的一個實驗品變成一個可以商業化應用的產品，還要其他一些不可或缺的材料。
我們先看電池的正極，除了活性物質之外，還有導電劑和粘結劑，以及用作電流載體的基體和集流體(正極通常是鋁箔)。粘結劑要把作為活性物質的鋰金屬氧化物均勻的固定在正極基帶上面，導電劑則要增強活性物質與基體的電導率，以達到更大的充放電電流，集流體負責充當電池內外部的電荷轉移橋梁。
負極的構造與正極基本相同，要粘結劑來固定活性物質石墨，要銅箔作為基體和集流體來充當電流的導體，但因為石墨本身良好的導電性，所以負極一般不添加導電劑材料。
除了以上材料外，一個完整的鋰離子電池還包括絕緣片、蓋板、泄壓閥、殼體(鋁，鋼，復合膜等)，以及其他一些輔助材料。
5.鋰離子電池的制作工藝
鋰離子電池的制作工藝比較復雜，此處僅就部分關鍵工序做簡單描述。根據極片裝配方式的不同，通常有卷繞和疊片兩種工藝路線。
疊片工藝是將正極、負極切成小片與隔離膜疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯起來，組成一個大電芯的制造工藝，其大體工藝流程如下：
卷繞工藝是將正負極片、隔離膜、正負極耳、保護膠帶、終止膠帶等物料固定在設備上，設備經過放卷完成電芯制作。
鋰離子電池的常見外形重要有圓柱形和方形，根據殼體材料不同，又有金屬外殼和軟包外殼等
三、重要參數指標
鋰離子電池具有能量密度高、轉換效率高、循環壽命長、無記憶效應、無充放電延時、自放電率低、工作溫度范圍寬和環境友好等優點，因而成為電能的一個比較理想的載體，在各個領域得到廣泛的應用。
一般而言，我們在使用鋰離子電池的時候，會關注一些技術指標，作為衡量其性能優劣的重要因素。那么，什么指標是我們要在使用的時候，應該予以特別關注呢？
1.容量
這是大家比較關心的一個參數。智能手機早已普及，我們在使用智能手機的時候，最為擔心的就是電量不足，要頻繁充電，有時還找不到地方充電。早期的功能機，正常使用情況下，滿充的電池可以待機3~5天，一些產品甚至可以待機7天以上。可是到了智能機時代，待機時間就顯得慘不忍睹了。這里面很重要的一個原因，就是手機的功耗越來越大，而電池的容量卻沒有同比例的上升。
容量的單位一般為mAh(毫安時)或Ah(安時)，在使用時又有額定容量和實際容量的差別。額定容量是指滿充的鋰離子電池在實驗室條件下(比較理想的溫濕度環境)，以某一特定的放電倍率(C-rate)放電到截止電壓時，所能夠供應的總的電量。實際容量一般都不等于額定容量，它與溫度、濕度、充放電倍率等直接相關。一般情況下，實際容量比額定容量偏小一些，有時甚至比額定容量小很多，比如北方的冬季，假如在室外使用手機，電池容量會迅速下降。
2.能量密度
能量密度，指的是單位體積或單位重量的電池，能夠存儲和釋放的電量，其單位有兩種：Wh/kg，Wh/L，分別代表重量比能量和體積比能量。這里的電量，是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應用的時候，能量密度這個指標比容量更具有指導性意義。
基于當前的鋰離子電池技術，能夠達到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg，這一數值還是比較低的，在許多場合都成為鋰離子電池應用的瓶頸。這一問題同樣出現在電動汽車領域，在體積和重量都受到嚴格限制的情況下，電池的能量密度決定了電動汽車的單次最大行駛里程，于是出現了里程焦慮癥這一特有的名詞。假如要使得電動汽車的單次行駛里程達到500公里(與傳統燃油車相當)，電池單體的能量密度必須達到300Wh/kg以上。
鋰離子電池能量密度的提升，是一個緩慢的過程，遠低于集成電路產業的摩爾定律，這就造成了電子產品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差，并且隨著時間不斷擴大。
3.充放電倍率
這個指標會影響鋰離子電池工作時的持續電流和峰值電流，其單位一般為C(C-rate的簡寫)，如1/10C，1/5C，1C，5C，10C等。舉個例子來闡述倍率指標的具體含義，某電池的額定容量是10Ah，假如其額定充放電倍率是1C，那么就意味著這個型號的電池，可以以10A的電流，進行反復的充放電，一直到充電或放電的截止電壓。假如其最大放電倍[email protected]，[email protected]，那么該電池可以以100A的電流進行持續10秒的放電，以50A的電流進行持續10秒的充電。
充放電倍率對應的電流值乘以工作電壓，就可以得出鋰離子電池的持續功率和峰值功率指標。充放電倍率指標含義的越詳細，關于使用時的指導意義越大。尤其是作為電動交通工具動力源的鋰離子電池，要規定不同溫度條件下的持續和脈沖倍率指標，以確保鋰離子電池使用在合理的范圍之內。
4.電壓
鋰離子電池的電壓，有開路電壓、工作電壓、充電截止電壓、放電截止電壓等一些參數，本文不再分開一一論述，而是集中做個解釋。
開路電壓，顧名思義，就是電池外部不接任何負載或電源，測量電池正負極之間的電位差，此即為電池的開路電壓。
工作電壓，就是電池外接負載或電源，處在工作狀態，有電流流過時，測量所得的正負極之間的電位差。一般來說，由于電池內阻的存在，放電狀態時的工作電壓低于開路電壓，充電時的工作電壓高于開路電壓。
充/放電截止電壓，是指電池允許達到的最高和最低工作電壓。超過了這一限值，會對電池出現一些不可逆的損害，導致電池性能的降低，嚴重時甚至造成起火、爆炸等安全事故。
電池的開路電壓和工作電壓，與電池的容量存在一定的對應關系。
5.壽命
鋰離子電池的壽命會隨著使用和存儲而逐步衰減，并且會有較為明顯的表現。仍然以智能手機為例，使用過一段時間的手機，可以很明顯的感覺到手機電池不耐用了，剛開始可能一天只充一次，后面可能要一天充電兩次，這就是電池壽命不斷衰減的體現。
鋰離子電池的壽命分為循環壽命和日歷壽命兩個參數。循環壽命一般以次數為單位，表征電池可以循環充放電的次數。當然這里也是有條件的，一般是在理想的溫濕度下，以額定的充放電電流進行深度的充放電(100%DOD或者80%DOD)，計算電池容量衰減到額定容量的80%時，所經歷的循環次數。
日歷壽命的含義則比較復雜，電池不可能一直在充放電，有存儲和擱置，也不可能一直處于理想環境條件，會經歷各種溫濕度條件，充放電的倍率也是時刻在變化的，所以實際的使用壽命就要模擬和測試。簡單的說，日歷壽命就是電池在使用環境條件下，經過特定的使用工況，達到壽命終止條件(比如容量衰減到80%)的時間跨度。日歷壽命與具體的使用要求是緊密結合的，通常要規定具體的使用工況，環境條件，存儲間隔等。
日歷壽命比循環壽命更具有實際意義，但由于日歷壽命的測算非常復雜，而且耗時太長，所以一般電池廠家只給出循環壽命的數據。如要獲得日歷壽命的數據，通常要額外付費，且要等待很長時間。
6.內阻
鋰離子電池的內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力，它包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。
歐姆內阻由電極材料、電解質、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內阻是指電化學反應時由極化引起的電阻，包括電化學極極化和濃差極化引起的電阻。
內阻的單位一般是毫歐姆(m)，內阻大的電池，在充放電的時候，內部功耗大，發熱嚴重，會造成鋰離子電池的加速老化和壽命衰減，同時也會限制大倍率的充放電應用。所以，內阻做的越小，鋰離子電池的壽命和倍率性能就會越好。
7.自放電
電池在放置的時候，其容量是在不斷下降的，容量下降的速率稱為自放電率，通常以百分數表示：%/月。
自放電是我們不希望看到的，一個充滿電的電池，放個幾個月，電量就會少很多，所以我們希望鋰離子電池的自放電率越低越好。
這里要特別注意，一旦鋰離子電池的自放電導致電池過放，其造成的影響通常是不可逆的，即使再充電，電池的可用容量也會有很大損失，壽命會快速衰減。所以長期放置不用的鋰離子電池，一定要記得定期充電，防止因為自放電導致過放，性能受到很大影響。
8.工作溫度范圍
由于鋰離子電池內部化學材料的特性，鋰離子電池有一個合理的工作溫度范圍(常見的數據在-40℃~60℃之間)，假如超出了合理的范圍使用，會對鋰離子電池的性能造成較大的影響。
不同材料的鋰離子電池，其工作溫度范圍也是不相同的，有些具有良好的高溫性能，有些則能夠適應低溫條件。鋰離子電池的工作電壓、容量、充放電倍率等參數都會隨著溫度的變化而發生非常顯著的變化。長時間的高溫或低溫使用，也會使得鋰離子電池的壽命加速衰減。因此，努力創造一個適宜的工作溫度范圍，才能夠最大限度的提升鋰離子電池的性能。
除了工作溫度有限制之外，鋰離子電池的存儲溫度也是有嚴格約束的，長期高溫或低溫存儲，都會對電池性能造成不可逆的影響。
四、鋰離子電池的正負極材料
我們經常會看到磷酸鐵鋰，三元等專業的鋰離子電池術語，這些都是根據鋰離子電池正極材料來區分鋰離子電池的類型。相對來講，鋰離子電池的正、負極材料對電池性能的影響比較大，是大家比較關心的方面。那么，當前市場上都有什么常見的正負極材料呢？用他們做鋰離子電池，又有什么優缺點？
1.正極材料
首先，我們來看看正極材料，正極材料的選擇，重要基于以下幾個因素考慮：
1)具有較高的氧化還原反應電位，使鋰離子電池達到較高的輸出電壓；
2)鋰元素含量高，材料堆積密度高，使得鋰離子電池具有較高的能量密度；
3)化學反應過程中的結構穩定性要好，使得鋰離子電池具有長循環壽命；
4)電導率要高，使得鋰離子電池具有良好的充放電倍率性能；
5)化學穩定性和熱穩定性要好，不易分解和發熱，使得鋰離子電池具有良好的安全性；
6)價格便宜，使得鋰離子電池的成本足夠低；
7)制造工藝相對簡單，便于大規模生產；
8)對環境的污染低，易于回收利用。
當前，鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、安全性等一些關鍵指標，重要受制于正極材料。
基于這些因素考慮，經過工程研究和市場化檢驗，目前市場常見的正極材料如下表所示：
鈷酸鋰的商業化應用走的最早，第一代商業化應用的鋰離子電池就是SONY在1990年推向市場的鈷酸鋰離子電池，隨后在消費類產品中得到大規模應用。隨著手機、筆記本、平板電腦的大規模普及，鈷酸鋰一度是鋰離子電池正極材料中銷售量占比最大的材料。但其固有的缺點是質量比容量(不等同于能量密度)低，理論極限是274mAh/g，出于正極結構穩定性考慮，實際只能達到理論值的50%，即137mAh/g。同時，由于地球上鈷元素的儲量比較低，也導致鈷酸鋰的成本偏高，難以在動力鋰電池領域大規模普及，所以鈷酸鋰正極材料將被其他材料逐步取代。
由于穩定性，安全性，材料合成困難等方面的缺點，鎳酸鋰的商業應用較少，市場上很少看到，這里不做論述。
錳酸鋰的商業化應用，重要在動力鋰電池領域，是鋰離子電池一個比較重要的分支。如日產的leaf純電動轎車采用了日本AESC公司的錳酸鋰離子電池，早期的雪弗蘭Volt也采用韓國LG化學的錳酸鋰離子電池。錳酸鋰的突出優點是成本低，低溫性能好，缺點是比容量低，極限在148mAh/g，且高溫性能差，循環壽命低。所以錳酸鋰的發展有明顯的瓶頸，近年來的研究方向重要是改性錳酸鋰，通過摻雜其他元素，改變其缺點。
磷酸鐵鋰材料在我國熱過一陣子，一方面受美國科研機構和公司在技術方面的帶動，另一方面受比亞迪在國內的產業化推動，前幾年國內的鋰離子電池公司在動力鋰電池領域基本都以磷酸鐵鋰材料為主。但是隨著全球各國對鋰離子電池能量密度的要求越來越高，而磷酸鐵鋰的比容量理論極限是170mAh/g，而實際上只能達到120mAh/g左右，已經無法滿足當前和未來的市場需求。此外，磷酸鐵鋰的倍率性能一般，低溫特性差等缺點，也限制了磷酸鐵鋰的應用。最近比亞迪搞出了一個改性磷酸鐵鋰材料，把能量密度提升了不少，還未透露具體的技術細節，不了解摻雜了什么材料在里面。就產品應用領域而言，電力儲能市場應該是磷酸鐵鋰離子電池的一個重要市場，相對而言，這個市場對能量密度不是特別敏感，而對長壽命，低成本，高安全性電池的迫切需求，正是磷酸鐵鋰材料的優勢所在。
日韓公司在近幾年大力推動三元材料的應用，鎳鈷錳三元材料逐漸成為市場的主流，國內公司也采取跟隨策略，逐步轉向三元材料。三元材料的比容量較高，目前市場上的產品已經可以達到170~180mAh/g，從而可以將電池單體的能量密度提高到接近200Wh/kg，滿足電動汽車的長續航里程要求。此外，通過改變三元材料的配比(x，y的值)，還可以達到良好的倍率性能，從而滿足PHEV和HEV車型對大倍率小容量鋰離子電池的需求，這也正是三元材料大行其道的原因。從化學式可以看出，鎳鈷錳三元材料綜合了鈷酸鋰(LiCoO2)和錳酸鋰(LiMn2O4)的一些優點，同時因為摻雜了鎳元素，可以提升能量密度和倍率性能。
鎳鈷鋁三元材料，嚴格來說，其實算是一種改性的鎳酸鋰(LiNiO2)材料，在其中摻雜了一定比例的鈷和鋁元素(占比較少)。商業化應用方面重要是日本的松下公司在做，其他鋰離子電池公司基本沒有研究這個材料。之所以拿來比較，是因為鼎鼎大名的Tesla，就是使用松下公司的18650鎳鈷鋁三元電芯做電動汽車的動力鋰電池系統，并且做到了接近500公里的續航里程，說明了這種正極材料，還是有其獨特的價值。
以上僅僅是比較常見的鋰離子電池正極材料，并不代表所有的技術路線。實際上，不管是高校和科研院所，還是公司，都在努力研究新型的鋰離子電池正極材料，希望把能量密度和壽命等關鍵指標提升到更高的量級。當然，假如要在2020年達到250Wh/kg，甚至300Wh/kg的能量密度指標，現在商業化應用的正極材料都無法實現，那么正極材料就要比較大的技術變革，如改變層狀結構為尖晶石結構的固溶體類材料，以及有機化合物正極材料等，都是目前比較熱門的研究方向。
2.負極材料
相對而言，針對鋰離子電池負極材料的研究，沒有正極材料那么多，但是負極材料對鋰離子電池性能的提高仍起著至關重要的用途，鋰離子電池負極材料的選擇應重要考慮以下幾個條件：
1)應為層狀或隧道結構，以利于鋰離子的脫嵌；
2)在鋰離子脫嵌時無結構上的變化，具有良好的充放電可逆性和循環壽命；
3)鋰離子在其中應盡可能多的嵌入和脫出，以使電極具有較高的可逆容量；
4)氧化還原反應的電位要低，與正極材料配合，使電池具有較高的輸出電壓；
5)首次不可逆放電比容量較小；
6)與電解質溶劑相容性好；
7)資源豐富、價格低廉；
8)安全性好；
9)環境友好。
鋰離子電池負極材料的種類繁多，根據化學組成可以分為金屬類負極材料(包括合金)、無機非金屬類負極材料及金屬氧化物類負極材料。
(1)金屬類負極材料：這類材料多具有超高的嵌鋰容量。最早研究的負極材料是金屬鋰。由于電池的安全問題和循環性能不佳，金屬鋰作為負極材料并未得到廣泛應用。近年來，合金類負極材料得到了比較廣泛的研究，如錫基合金，鋁基合金、鎂基合金、銻基合等，是一個新的方向。
(2)無機非金屬類負極材料：用作鋰離子電池負極的無機非金屬材料重要是碳材料、硅材料及其它非金屬的復合材料。
(3)過渡金屬氧化物材料：這類材料一般具有結構穩定，循環壽命長等優點，如鋰過渡氧化物(鈦酸鋰等)、錫基復合氧化物等。
就當前的市場而言，在大規模商業化應用方面，負極材料仍然以碳材料為主，石墨類和非石墨類碳材料都有應用。在汽車及電動工具領域，鈦酸鋰作為負極材料也有一定的應用，重要是具有非常優異的循環壽命、安全性和倍率性能，但是會降低電池的能量密度，因此不是市場主流。其他類型的負極材料，除了SONY在錫合金方面有產品推出，大多仍以科學研究和工程開發為主，市場化應用的比較少。
