若通過(guò)充電將這兩種宿主晶體中的鋰離子引出系統(tǒng)之外,則層狀巖鹽結(jié)構(gòu)體系,如鈷酸鋰電池,由于負(fù)電性較大的氧層彼此直接相鄰,而電子密度高的氧層間的靜電斥力大于化學(xué)鍵力,因此結(jié)構(gòu)向CdCl2結(jié)構(gòu)不可逆變化。相反,對(duì)于尖晶結(jié)構(gòu)體系,如錳酸鋰電池,因?yàn)殄i離子存在于氧層間,屏蔽氧層間的靜電斥力,而維持其立方晶體的基本晶格。所以,通過(guò)化學(xué)處理可以合成基本完整的Mn2O4。
LiMn2O4結(jié)構(gòu)中,隨著鋰電池充電的進(jìn)行,進(jìn)入層間的鋰減少,層間距減小。相反,對(duì)層狀巖鹽結(jié)構(gòu)體系,由于氧原子層間靜電斥力作用,隨著充電的進(jìn)行,層間距離增大。
這種充電過(guò)程結(jié)晶體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,加上充電過(guò)程中生成碳離子及鎳離子的化學(xué)不穩(wěn)定性,必然影響氧從晶格脫出的起始溫度。比較幾種正極活性物質(zhì)充滿電時(shí)的氧脫出起始溫度,發(fā)現(xiàn)層狀巖鹽結(jié)構(gòu)體系正極的氧脫出起始溫度比尖晶石結(jié)構(gòu)的正極的低。因此,充滿電時(shí)的熱穩(wěn)定性是值得考慮的一個(gè)因素。
關(guān)于鋰的擴(kuò)散特性,一般認(rèn)為在氧層之間具有鋰二維擴(kuò)散層的層狀巖鹽,對(duì)鋰的擴(kuò)散有利,即層狀巖鹽體系正極的擴(kuò)散系數(shù)比尖晶石體系大。
LiNiO2與LiCoO2具有同樣的晶體結(jié)構(gòu),但性能比LiCoO2差,主要是LiNiO2過(guò)電壓高,放電不充分。在高溫?zé)Y(jié)時(shí),由于原料鋰鹽揮發(fā),容易產(chǎn)生鋰缺陷。形成一區(qū)域被稱作“巖鹽磁疇”。“巖鹽磁疇”本身電化學(xué)上是不活潑的,而且混入鋰位置的鎳會(huì)阻礙鋰單層的二維固相擴(kuò)散,阻礙原來(lái)具有活性的層狀巖鹽相的電池反應(yīng)。
制備LiNiO2用的鋰鹽一般用碳酸鋰,制備而成的鋰離子電池屬于碳酸鋰電池系列。但為了防止產(chǎn)生鋰缺陷,宜選用在更低溫度下反應(yīng)性高的過(guò)氧化鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰或有機(jī)鋰鹽如醋酸鋰、檸檬酸鋰等。在工藝上采取降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時(shí)間等措施。也可用Co,Mn,F(xiàn)e元素部分置換Ni,以防止形成“巖鹽磁疇”。