其高比能量使鈷酸鋰成為手機(jī)，筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)的熱門選擇。電池由氧化鈷陰極和石墨碳陽極組成。陰極具有分層結(jié)構(gòu)，在放電期間，鋰離子從陽極移動到陰極，充電過程則流動方向相反。

陰極具有分層結(jié)構(gòu)。在放電期間，鋰離子從陽極移動到陰極;充電時(shí)流量從陰極流向陽極。鈷酸鋰的缺點(diǎn)是壽命相對較短，熱穩(wěn)定性低和負(fù)載能力有限（比功率）。像其他鈷混合鋰離子電池相同，鈷酸鋰采用石墨陽極，其循環(huán)壽命重要受到固體電解質(zhì)界面（SEI）的限制，重要表現(xiàn)在SEI膜的逐漸增厚，和快速充電或者低溫充電過程的陽極鍍鋰問題。較新的材料體系新增了鎳，錳和/或鋁以提高壽命，負(fù)載能力和降低成本。

鈷酸鋰不應(yīng)以高于容量的電流進(jìn)行充電和放電。這意味著具有2,400mAh的18650電池只能以小于等于2,400mA充電和放電。強(qiáng)制快速充電或施加高于2400mA的負(fù)載會導(dǎo)致過熱和超負(fù)荷的應(yīng)力。為獲得最佳快速充電，制造商建議充電倍率為0.8C或約2,000mA。電池保護(hù)電路將能量單元的充電和放電速率限制在約1C的安全水平。

六角蜘蛛圖（圖2）總結(jié)了與運(yùn)行相關(guān)的具體能量或容量方面的鈷酸鋰性能；具體功率或供應(yīng)大電流的能力；安全；在高低溫環(huán)境下的性能表現(xiàn)；壽命包括日歷壽命和循環(huán)壽命；成本特性。蜘蛛圖中沒有顯示的其他重要特點(diǎn)還包括毒性，快速充電能力，自放電和保質(zhì)期。

鈷酸鋰氧化物：LiCoO2陰極（約60％Co），石墨陽極

短型：LCO或Li-鈷。始于1991年以來

電壓

標(biāo)稱值為3.60V;典型工作范圍3.0-4.2V/電池

比能（容量）

150-200Wh/公斤。特種電池供應(yīng)高達(dá)240Wh/kg。

充電（C率）

0.7-1C，充電至4.20V（大部分電池）；典型充電時(shí)長3小時(shí)；1C以上的充電電流會縮短電池壽命。

放電（C率）

1C；放電截止電壓2.50V。1C以上的放電電流會縮短電池壽命。

循環(huán)壽命

500-1000，與放電深度，負(fù)荷，溫度有關(guān)

熱失控

150C（302F）。滿充狀態(tài)容易帶來熱失控

應(yīng)用

手機(jī)，平板電腦，筆記本電腦，相機(jī)

注釋

非常高的比能量，有限的比功率。鈷很昂貴。被用作能量型電池。市場份額穩(wěn)定。

錳酸鋰（LiMn2O4）

尖晶石錳酸鋰離子電池首次發(fā)表于1983年的材料研究報(bào)告中。1996年，Moli能源公司將錳酸鋰為陰極材料的鋰離子電池商業(yè)化。該架構(gòu)形成三維尖晶石結(jié)構(gòu)，可改善電極上的離子流動，從而降低內(nèi)部電阻并改善電流承載能力。尖晶石的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性高，安全性提高，但循環(huán)和日歷壽命有限。

低電池內(nèi)阻可實(shí)現(xiàn)快速充電和大電流放電。18650型電芯，錳酸鋰離子電池可以在20-30A的電流下放電，并具有適度的熱量積累。也可以施加高達(dá)50A1秒負(fù)載脈沖。在此電流下持續(xù)的高負(fù)荷會導(dǎo)致熱量積聚，電池溫度不能超過80C（176F）。錳酸鋰用于電動工具，醫(yī)療器械，以及混合動力和純電動汽車。

該尖晶石結(jié)構(gòu)通常由連接成晶格的菱形形狀組成，一般在電池化成后出現(xiàn)。

錳酸鋰陰極結(jié)晶形成具有在化成后成型的三維骨架結(jié)構(gòu)。尖晶石供應(yīng)低電阻，但比能量低于鈷酸鋰。

錳酸鋰的容量大約比鈷酸鋰低三分之一。設(shè)計(jì)靈活性使工程師能夠選擇最大限度地延長電池的使用壽命，或者提高最大負(fù)載電流（比功率）或容量（比能）。例如，18650電池的長壽命版本只有1,100mAh的適中容量;高容量版本則達(dá)到1,500mAh。

這些特性參數(shù)似乎不太理想，但新設(shè)計(jì)在功率，安全性和壽命方面有所改進(jìn)。純錳酸鋰離子電池今天不再普遍;它們只在特殊情況下應(yīng)用。

盡管整體性能一般，但新型錳酸鋰設(shè)計(jì)可以提高功率，安全性和壽命。

大多數(shù)錳酸鋰與鋰鎳錳鈷氧化物（NMC）混合，以提高比能量并延長壽命。這種組合帶來了每個(gè)系統(tǒng)的最佳性能，而大多數(shù)電動汽車，如日產(chǎn)Leaf，雪佛蘭Volt和寶馬i3都選用了LMO（NMC）。電池的LMO部分可以達(dá)到30％左右，可以在加速時(shí)供應(yīng)較高的電流;NMC部分供應(yīng)了很長的續(xù)航里程。

鋰離子電池研究傾向于將錳酸鋰與鈷，鎳，錳和/或鋁組合作為活性陰極材料。在一些架構(gòu)中，少量硅被添加到陽極。這供應(yīng)了25％的容量提升;然而，硅隨著充放電膨脹和收縮，從而引起機(jī)械應(yīng)力，容量提升通常與短的循環(huán)壽命緊密聯(lián)系。

可以方便地選擇這三種活性金屬以及硅增強(qiáng)來提高比能（容量），比功率（負(fù)載能力）或壽命。消費(fèi)電池要大容量，而工業(yè)應(yīng)用要電池系統(tǒng)，具有良好的負(fù)載能力，壽命長，并供應(yīng)安全可靠的服務(wù)。

匯總表

錳酸鋰氧化物：LiMn2O4陰極，石墨陽極；

簡稱：LMO或Li-Mn（尖晶石結(jié)構(gòu)）始于1996年以來

電壓

3.70V（3.80V）標(biāo)稱值;典型工作范圍3.0-4.2V/每只電池

比能（容量）

100-150Wh/kg的

充電（C率）

典型值為0.7-1C，最大值為3C，充電至4.20V（大部分電池）

放電（C率）

1C；一些電池可以達(dá)到10C，30C脈沖（5s），2.50V截止

循環(huán)壽命

300-700（與放電深度，溫度有關(guān)）

熱失控

典型值為250C（482F）。高電荷促進(jìn)熱失控

應(yīng)用

電動工具，醫(yī)療設(shè)備，電動動力傳動系統(tǒng)

注釋

功率大但容量少;比鈷酸鋰更安全;通常與NMC混合以提高性能。

鎳鈷錳酸鋰（LiNiMnCoO2或NMC）

最成功的鋰離子體系之一是鎳錳鈷（NMC）的陰極組合。與錳酸鋰類似，這個(gè)體系可以定制用作能量電池或功率電池。例如，中等負(fù)載條件下的18650電池中的NMC具有約2,800mAh的容量并且可以供應(yīng)4A至5A放電電流；同一類型的NMC在針對特定功率進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，容量僅為2,000mAh，但可供應(yīng)20A的持續(xù)放電電流。硅基陽極將達(dá)到4000mAh以上，但負(fù)載能力降低，循環(huán)壽命縮短。添加到石墨中的硅具有缺陷，即陽極隨著充電和放電而膨脹和收縮，使得電池機(jī)械應(yīng)力大結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

NMC的秘密在于鎳和錳的結(jié)合。與此類似的是食鹽，其中重要成分鈉和氯化物本身是有毒的，但將它們混合起來作為調(diào)味鹽和食品保存劑。鎳以其高比能量而聞名，但穩(wěn)定性差；錳尖晶石結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)低內(nèi)阻但比能量低。兩種活性金屬優(yōu)勢互補(bǔ)。

NMC是電動工具，電動自行車和其他電動動力系統(tǒng)的首選電池。陰極組合通常是三分之一鎳，三分之一錳和三分之一鈷，也被稱為1-1-1。這供應(yīng)了一種獨(dú)特的混合物，由于鈷含量降低，也降低了原材料成本。另一個(gè)成功的組合是NCM，其中含有5份鎳，3份鈷和2份錳（5-3-2）。也可以使用其他不同量的陰極材料組合。

由于鈷的高成本，電池制造商從鈷系轉(zhuǎn)向鎳陰極。鎳基系統(tǒng)比鈷基電池具有更高的能量密度，更低的成本和更長的循環(huán)壽命，但是它們的電壓略低。