锰基正极材料的应用与高容量锰基材料的发展.pdf

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1、北京科技大学材料科学与工程学院锰基正极材料的应用与高容量锰基材料的发展ApplicationofMn-basedCathodeMaterialandRecentProgressofHighCapacityMn-basedseries连芳FangLianSchoolofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijing2012年5月26日北京科技大学材料科学与工程学院OutlinePartⅠ锂离子电池正极材料的应用需求PartⅡ尖晶石锰基材料的应用Pa

2、rtⅢ高容量锰基正极材料的发展1.锂离子电池正极材料的应用需求正极材料的市场占有情况-3-资料来源于中国电子信息产业发展研究院北京科技大学材料科学与工程学院锂离子电池的性能有待进一步提高比功率（2000W/Kg）10080比能量（200Wh/Kg）成本60（车用:2元/Wh40储能1元/Wh）20现状水平0今后目标国际水平安全工作温度范围（-30-60C）寿命（10~15年）-4-北京科技大学材料科学与工程学院正极材料原料成本分析3025Metal99%min2015MSO4Salts1050NiCoMnNi126,000-144,0

3、00元/吨NiSO429,000-32,000元/吨Co263,000-290,000元/吨CoSO442,000-46,000元/吨Mn14,800-15,000元/吨MnSO42750-3600元/吨2012年5月25日最新数据来源于亚洲金属网-5-北京科技大学材料科学与工程学院锰基正极材料的工艺成本分析EMD掺杂改性困难非电解制备技术的制备的高活性MnO、MnO(a)球形(b)纳微结构四氧化三锰234前期纯度和形貌是关键、掺杂改性和高密度化困难MnSO、MnCO、Mn(NO)4332适合多组元体系、掺杂改性离子分布均匀，工艺较复杂

4、-6-北京科技大学材料科学与工程学院高容量、高能量材料的设计原则•Spec.Capacity[Ah/kg]=n·F/M[Ah/kg]i•nnumberofelectronstransferredpermoleofreactants•FFARADAYconstant=96487C/mol=26,8Ah/mol•Msumofmolecularmassesofallreactantsinkgi•Spec.Energy[Wh/kg]=___n·26,8·U[Ah][V]0M[kg]iUsereactantswithlowmolecula

5、rmassesMiUsereactionswithhighGibbsfreeenergyG-7-MajortypesofchargedischargereactionsInsertionreactionChangeincompositionofsolidphasee-Dischargee-ChargeA+BXABXXLi+CLiCxCPhasegrowandotherdisappearLi+Li+A+BXAX+BOftenirreversible,primarybatteriesMetalplatingDisplaceme

6、ntreactione-Dischargee-ChargeDischargeChargee-Chargee-Discharge++LiLiLiLiLi2OCoLi++LiCoOLi2O++LiCoLi-8-北京科技大学材料科学与工程学院OCVofelectrodedeterminedbycompositionatelectrochemicalinterfaceGibbsphaseruleF=C–P+2(p,T)RandomsolidsolutionTwophasebehaviorPotentialf(x)Potentialindep

7、endentofxElectrodepotential/VElectrodepotential/VXXPotentialofelectrodesSolidsolutionTwophasestagingElectrodepotential/VElectrodepotential/V-9-XX-9-北京科技大学材料科学与工程学院锰基正极材料5VLiMn(Co,Fe,Cr)O1.50,545VSpinelanditshighLiCoPO4LiMnO/1-xMOvoltagederivates232LiNiMnO1/21/22+L

8、iMnNiO1.50.54LiCoNiMnO1/31/31/32LayerLiMnPO44VmulticomponentsLiMn2O4LiCoOLi(Ni,Co)O22andLi-richseriesL