锂离子电池目前负极比容量已经达到较高的水准，相比之下正极的比容量限制了电池的性能提升。如艾新平等［12］研究发现，以能量密度为200 Wh·kg-1作为基准电池，电池由比容量为180 mAh·g-1的三元正极和比容量为350 mAh·g-1的石墨负极组成，以此计算出的电池的比能量归一化为1.00。当正极比容量限定为180 mAh·g-1时，即使采用比容量高达3 000 mAh·g-1的硅基负极材料，电池比能量提升也不会非常大，不超过42%（表1-1）。但将负极比容量限定为350 mAh·g-1时，只要稍微改变一下正极材料，就能提高20%，例如比容量为250 mAh·g-1的富锂材料。

表1-1　负极比容量对电池比能量提升幅度的影响

目前商用含锂氧化物型和聚阴离子型正极材料的比容量极限约在220 mAh·g-1，比能量难以超过1 000 Wh·kg-1。因此，需要开发具有更高比容量的正极材料，提供更多活性物质用于电极反应。理想的锂离子正极材料要求如下：

（1）材料晶体结构稳定，在电池循环中能维持完整的电极结构，能承受一定应力；

（2）电子/离子电导率较高，能满足电池大电流快速充、放电的需求。充、放电反应中在正、负极间不断迁移的锂离子应有较高的扩散和迁移系数；

（3）金属离子氧化还原电位较高，能够提升电池工作电压；(www.daowen.com)

（4）容量较高，能在脱/嵌反应中提供更多的锂；

（5）具有较好的电化学稳定性，在充、放电电压范围内不与电解液发生反应造成材料损失，且在液态电解质中溶解度较小；

（6）成本较低，对环境无污染，生产便利，便于运输。

目前，各种体系的正极材料还无法做到同时满足以上所有要求，达到理想状态。常见报道的锂离子正极材料的主要有层状嵌脱锂氧化物、尖晶石氧化物和橄榄石结构的聚阴离子材料，如图1-5所示。从图中可知，层状富锂锰基正极材料作为一种层状嵌脱锂氧化物的衍生物，是唯一实际比能量能达到900 Wh·kg-1的正极材料，极具潜力，而其他尖晶石或聚阴离子类衍生物如LiNi0.5Mn1.5O4，Li2FeSiO4亦具备较高的理论比能量，有进一步的挖掘潜力。

图1-5　几类锂离子电池正极材料的理论和实际的比能量对比［13］