華為手機、小米手機、iPhone手機、均具備一塊鈷酸鋰為正極材料的鋰離子軟包電池。藍牙耳機、智能手表、無人機也均具有鈷酸鋰為正極材料的鋰離子電池。

鈷酸鋰化學式為LiCoO2，最早由美國科學家古德納夫（Goodenough）研發成功。

古德納夫發現鈷酸鋰具有層狀晶體結構α-NaFeO2，在一定的電壓下（3.7V左右），鋰離子能夠在層狀結構的通道中快速地嵌入與脫出，且具有高的結構穩定性。鈷酸鋰理論克容量發揮可達274mAh/g（克容量的值未明確說明由誰測得）。

古德納夫的研究發現奠定了鈷酸鋰作為消費類電子產品中鋰離子電池正極材料的基礎。

鈷酸鋰具有較高的粉體壓實密度（個人理解：即壓實密度，壓實密度=面密度/材料的厚度，壓實密度與片克容量、效率、內阻、電池循環性能有密切關系），制備的極片不僅容量高，而且厚度薄。

綜上，鈷酸鋰在對電池體積能量密度敏感的數碼產品中應用，具有無可替代的優勢。因此，鈷酸鋰為正極材料的鋰離子電池廣泛應用于手機、藍牙耳機、智能手表、無人機等。

然而，鈷（Co）是地球上一種稀缺的金屬資源，主要分布在剛果金等少數國家。受全球政治和國際環境等多方面的影響，金屬鈷（Co）的價格高而且容易波動。

鈷酸鋰正極材料中，鈷的質量百分比為60%左右，鈷的含量高決定了鈷酸鋰的價格昂貴且易波動。

中國是全球最主要的金屬鈷消費國以及鈷酸鋰正極材料生產國，中國鈷酸鋰正極材料的生產主要集中在廈門鎢業、湖南杉杉、天津巴莫等少數幾家大型材料公司。

目前。商業化鈷酸鋰正極材料的合成方法相對成熟，一般使用高溫固相法進行合成，大致可分為三個步驟：

（1）將四氧化三鈷（Co3O4）與碳酸鋰（Li2CO3）粉末進行固相混合。

（2）混合后的粉末在900℃以上的高溫進行燒結，反應方程式如下：

4Co3O4+6Li2CO3+O2→12LiCoO2+6CO2

（3）高溫燒結生成的粉體再經過粉碎分級工序，可生成微米級顆粒尺寸的鈷酸鋰正極材料。

圖片來源：學堂在線《鋰離子電池材料與技術》

鈷酸鋰材料的研發方向集中在提高能量和提高功率。在提高鈷酸鋰材料的能量密度、功率密度的情況下，保證結構穩定性和安全性是學術界和產業界共同面臨的技術難題。

針對上述技術難題，鈷酸鋰材料的改性有三種路徑：

（1）對鈷酸鋰微米級粉末的形貌與粒度分布進行優化，在粉體加工工藝方面，減少晶格與界面（材料原子及微觀結構的描繪）的缺陷。

（2）在鈷酸鋰體相晶格中進行金屬離子（如Zr4+、Al3+、Mg2+）摻雜，提高高脫鋰狀態下層狀結構體的穩定性。

（3）在粉體顆粒的表面進行部分金屬氧化物（ZrO2、TiO2、Al2O3）的包覆，以提高電化學反應界面處的結構穩定性。

現階段應用于4.45V充電電壓下的鈷酸鋰已開發成熟且穩定量產，克容量發揮在180mAh/g以上。未來隨著消費者對電子產品續航時間要求的進一步提升，科研人員將進一步開發4.48V、4.5V充電截止電壓下，兼顧高容量與長壽命的鈷酸鋰材料。

審核編輯：劉清