锂电池正极材料锰酸锂

随着手机、笔记本电脑、数码相机、数码摄像机等电子消费产品和动力汽车、电动工具、电动助力车、发电储能装置等能源动力产品逐步的登入市场,锂电正极材料也不断优化,例如:正极材料锰酸锂。

我国锰资源储量丰富,而且锰无毒,污染小,因此层状结构的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4都成为了正极材料研究的热点。

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锂锰氧化物主要有层状LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4两类。LiMnO2属于正交晶系,岩盐结构,氧原子分布为扭变四方密堆结构,理论比容量达到286mAh/g,充放电范围为2.5~4.3V,是一种较有开发前景的正极材料。其缺点是其在循环过程中,晶型易转变为尖晶石型结构,使其比容量下降。

为了弥补LiMnO2不足,化学家采用有掺杂和合成复合材料等方法提高其电化学性能。LiMn2O4为尖石型结构,立方晶系,Fd3m点群,其Mn2O4框架是一个四面体与八面体共面的三维结构,锂离子从Mn2O4框架中进行嵌入或脱嵌时,在Li+嵌脱过程中晶体各向同性地膨胀或收缩,晶体结构体积变化极小。

尖晶型结构LiMn2O4可以产生4.0 V的高电压平台,理论容量为148mAh/g,与LiCoO2容量接近。尖石型结构LiMn2O4不但可以进行锂的完全脱嵌,还可通过改变掺杂离子的种类和数量及掺杂阴(阳)离子来改变电压、容量和循环性能。

尖晶石型LiMn2O4作为锂电池正极材料,循环过程中容量会发生缓慢衰减,影响其应用。容量缓慢衰减主要有以下三方面原因:(1) 锰在电解液中发生溶解;(2) Jahn-Teller效应致使结构破坏;(3) 因为Mn4+的氧化性,高度脱锂后的尖晶石结构不稳定。目前通常采用掺杂或包覆等方法对其电化学性能进行改善。

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