锰酸锂性能和动力电池

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1、LiMn2O4正极材料和锂离子动力电池刘庆国（qliu9022@126.com)石家庄百思特电池材料有限公司（石家庄丰收路150号，0311-68626695）赵县强能电源有限公司（赵县新寨店工业园区，0311-84751813）1正极材料类别理论比容量(mAh/g)实际比容量(mAh/g)工作电压(V)热稳定性安全装置环保LiCoO22741402.7-4.3不良必要不良LiNixCo1-xO22751802.7-4.3不良必要不良LiNixMnyCozO2275140-1502.7-4.3良必要不良LiFePO4170120-1302.5-3.8良好不要良好LiMn2O4148100-

2、1102.7-4.3良好不要良好DifferentCathodeMaterialsforLi-ionBatteries2金属元素金属价格/万元/吨世界储量／万吨产量／万吨Co35(20)8504.5Ni13.5(8)1000088[20]Mn1.74,8000,0002500[550]从上述表中可以看出，LiMn2O4虽然比容量较低，目前作为正极材料还存在一些不足之处，但其资源丰富，价格便宜，其作为正极材料的金属成本仅为LiCoO2的1/20（售价为1/8），且安全性好，无环境污染.这些优点使其作为锂离子电池正极材料具有得天独厚的优势，被认为二十一世纪最具吸引力的一种锂离子动力电池正极材料3

3、锰酸锂的生产工艺（高温固相反应法）MnO2Li2CO3涡流粉碎缓冷/30hrs烧成800-850℃/20hrs涡流粉碎冷却预烧700℃/15hrs球磨混料41-9月销售860吨百思特和赵县强能电源有限公司LiMn2O4销售量锰酸锂的销售快速发展5LiMn2O4正极材料的缺点循环寿命低，特别在高温条件下（55-60oC）；存储，产生容量衰减，特别在高温下储存；容量低，不适合手机和笔记本电池的要求；在循环过程中，容量常发生快速衰减6ProcessParametersforQC锰酸锂的粒度分布、比表面积、烧成温度、烧成次数和高温保温时间都影响锰酸锂的性能。但是，通过我们近年的生产的试验，发现形成缺

4、氧固溶体将严重影响锰酸锂的循环寿命，减少LiMn2O4-d缺氧量d,，循环寿命大大提高。在氧气条件下，锰酸锂物料缓慢降温，生产的锰酸锂性能可得以较大的提高。7HF和H2OMn++溶解Mn在负极沉积减小电解液中HF和H2O加入部分镍酸锂和1/3材料稳定锰酸锂的尖晶石结构降低电池的电压范围锰酸锂的衰减机理和对策Jahn-TellerEffect,；2Mn++溶解；结构变化，H2O和HF影响8Li4Ti5O12/LiMn2O4C/LiMn2O455oC不同负极材料对锰酸锂循环性能的影响SamplesFirstcycle50cyles100cycles100cycle%Li4Ti5O12153.

5、9148.6146.395.1%Li4Ti5O12+KS-6154.1151.7150.797.8%Li4Ti5O12+Suger149.9148.7147.998.7%9不同负极材料对锰酸锂循环性能的影响[1]10循环前负极极片端面图剥离循环300次负极极片端面图负极极片溶解的锰阻塞负极微孔，锂离子无法嵌入，沉积在铜箔和负极界面上，产生脱粉现象，负极材料失效，容量发生衰减。HF和H2OMn++溶解Mn在负极沉积减小电解液中HF和H2O11减少HF和水分含量，可减少二价锰的溶解，减少锰酸锂为正极材料电池的衰减。加入PH之较高的镍酸锂或1/3正极材料，络合氟化氢，也可减少二价锰的溶解。12

6、加入10-15%钴镍酸锂，锰的溶解大大降低[1]80度10天13锰酸锂中加入包埋镍酸锂高温存放容量保持率得到提高C/LiCoO2，60oC7天，96

7、%141、加入一价和二价元素，形成固溶体，减少三价锰的含量，降低Jahn-Teller影响，但其容量也相应下降；2、加入氟离子取代氧，可降低对容量的减少；3、加入Al、Cr等和氧有较强结合力的元素，强化尖晶石结构；稳定锰酸锂的尖晶石结构15尖晶石Li1+xMn2O4(1+x=1.01~1.10)55℃下的循环性能初始容量/mAh/g55oC循环100次容量/mAh/gLiLi1.04Li1.01Li1.10Li1.08Li1.1Al0.1Mn

8、1.9O3.9F0.116尖晶石Li1.04Al0.05CoxMn1.95-xO255℃循环性能0.01X=0.080.050.0317Li1.03Co0.08Mn1.92O4Li1.03Co0.06Mn1.94O4Li1.10Al0.1Mn1.9O3.9F0.1Li1+xMn2O4Li1.03Al0.05CoxMn1.95-xO4GoalHightemperaturepropertyisimprovingL