錳酸鋰主要為尖晶石型錳酸鋰尖晶石型錳酸鋰LiMn2O4是Hunter在1981年首先制得的具有三維鋰離子通道的正極材料，至今一直受到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者及研究人員的極大關(guān)注，它作為電極材料具有價(jià)格低、電位高、環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鈷酸鋰LiCoO2成為新一代鋰離子電池的正極材料。

錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一，相比鈷酸鋰等傳統(tǒng)正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無(wú)污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的動(dòng)力電池正極材料，但其較差的循環(huán)性能及電化學(xué)穩(wěn)定性卻大大限制了其產(chǎn)業(yè)化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結(jié)構(gòu)錳酸鋰，其中尖晶石型錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，如今市場(chǎng)產(chǎn)品均為此種結(jié)構(gòu)。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群，理論比容量為148mAh/g，由于具有三維隧道結(jié)構(gòu)，鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌，不會(huì)引起結(jié)構(gòu)的塌陷，因而具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定性。

如今，傳統(tǒng)認(rèn)為錳酸鋰能量密度低、循環(huán)性能差的缺點(diǎn)已經(jīng)有了很大改觀（萬(wàn)力新能典型值：123mAh/g，400次，高循環(huán)型典型值107mAh/g，2000次）。表面修飾和摻雜能有效改性其電化學(xué)性能，表面修飾可有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可有效抑制充放電過(guò)程中的Jahn-Teller效應(yīng)。將表面修飾與摻雜結(jié)合無(wú)疑能進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能，相信會(huì)成為今后對(duì)尖晶石型錳酸鋰進(jìn)行改性研究的方向之一。

錳酸鋰

錳酸鋰

LiMn2O4是一種典型的離子晶體，并有正、反兩種構(gòu)型。XRD分析知正常尖晶石LiMn2O4是具有Fd3m對(duì)稱性的立方晶體，晶胞常數(shù)a=0.8245nm，晶胞體積V=0.5609nm3。氧離子為面心立方密堆積(ABCABC….，相鄰氧八面體采取共棱相聯(lián))，鋰占據(jù)1/8氧四面體間隙（V4）位置(Li0.5Mn2O4結(jié)構(gòu)中鋰作有序排列：鋰有序占據(jù)1/16氧四面體間隙)，錳占據(jù)氧1/2八面體間隙（V8）位置。單位晶格中含有56個(gè)原子:8個(gè)鋰原子，16個(gè)錳原子，32個(gè)氧原子，其中Mn3+和Mn4+各占50%。由于尖晶石結(jié)構(gòu)的晶胞邊長(zhǎng)是普通面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)型的兩倍，因此，每個(gè)晶胞實(shí)際上由8個(gè)立方單元組成。這八個(gè)立方單元可分為甲、乙兩種類型。每?jī)蓚€(gè)共面的立方單元屬于不同類型的結(jié)構(gòu)，每?jī)蓚€(gè)共棱的立方單元屬于同類結(jié)構(gòu)。每個(gè)小立方單元有四個(gè)氧離子，它們均位于體對(duì)角線中點(diǎn)至頂點(diǎn)的中心即體對(duì)角線1/4與3/4處。其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單描述為8個(gè)四面體8a位置由鋰離子占據(jù)，16個(gè)八面體位置(16d)由錳離子占據(jù)，16d位置的錳是Mn3+和Mn4+按1:1比例占據(jù)，八面體的16c位置全部空位，氧離子占據(jù)八面體32e位置。該結(jié)構(gòu)中MnO6氧八面體采取共棱相聯(lián)，形成了一個(gè)連續(xù)的三維立方排列，即[M2]O4尖晶石結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)為鋰離子的擴(kuò)散提供了一個(gè)由四面體晶格8a、48f和八面體晶格16c共面形成的三維空道。當(dāng)鋰離子在該結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散時(shí)，按8a-16c-8a順序路徑直線擴(kuò)散(四面體8a位置的能壘低于氧八面體16c或16d位置的能壘)，擴(kuò)散路徑的夾角為107°，這是作為二次鋰離子電池正極材料使用的理論基礎(chǔ)。

錳酸鋰的生產(chǎn)

尖晶石型錳酸鋰的合成方法有很多種，主要有高溫固相法、熔融浸漬法、微波合成法、溶膠凝膠法、乳化干燥法、共沉淀法、Pechini法以及水熱合成法。

如今市場(chǎng)上主要的錳酸鋰有AB兩類，A類是指動(dòng)力電池用的材料，其特點(diǎn)主要是考慮安全性及循環(huán)性。B類是指手機(jī)電池類的替代品，其特點(diǎn)主要是高容量。

錳酸鋰的生產(chǎn)主要以EMD和碳酸鋰為原料，配合相應(yīng)的添加物，經(jīng)過(guò)混料，燒成，后期處理等步驟而生產(chǎn)的。從原材料及生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)來(lái)考慮，生產(chǎn)本身無(wú)毒害，對(duì)環(huán)境友好。不產(chǎn)生廢水廢氣，生產(chǎn)中的粉末可以回收利用。因此對(duì)環(huán)境沒(méi)有影響。

如今A類材料的主要指標(biāo)為：可逆容量在100~115之間，循環(huán)性可達(dá)到500次以上仍保持80%的容量。（1C充放）；B類材料容量較高，一般要求在120左右，但對(duì)于循環(huán)性相對(duì)要求較低，300次~500次不等，容量保持率可達(dá)60%以上即可。當(dāng)然，A類的價(jià)格與B類的價(jià)格上還有一定的距離。

錳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)是倍率性能好，制備比較容易，成本較低。缺點(diǎn)是由于錳的溶解導(dǎo)致高溫性能和循環(huán)性能不佳，通過(guò)摻雜鋁和燒結(jié)造粒，高溫性能和循環(huán)引得到了很大的提高，基本上能夠滿足實(shí)際使用?？偟膩?lái)說(shuō)，錳酸鋰電池成本低穩(wěn)定性強(qiáng)低溫性強(qiáng)，高溫性能較差，衰減稍快。

成本低、安全性和低溫性能好的正極材料，但是其材料本身并不太穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氣體，因此多用于和其它材料混合使用，以降低電芯成本，但其循環(huán)壽命衰減較快，容易發(fā)生鼓脹，高溫性能較差、壽命相對(duì)短，主要用于大中型號(hào)電芯，動(dòng)力電池方面，其標(biāo)稱電壓為3.7V。

錳酸鋰有三種：1層狀錳酸鋰LiMnO2，理論容量285mA·h/g，電壓平臺(tái)4V。層狀結(jié)構(gòu)難合成，不穩(wěn)定，極易生成Li2Mn2O4尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺(tái)下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。

2高壓尖晶石錳酸鋰LiMn2O4，理論容量148mA·h/g，電壓平臺(tái)4.15。高溫性能差，55℃以上容量衰減嚴(yán)重。也易生成Li2Mn2O4尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺(tái)下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。工業(yè)上錳酸鋰目前用的是這種。

3尖晶石錳酸鋰Li2Mn2O4，電壓低（3V），容量低，循環(huán)差，都在研究如何避免這種東西產(chǎn)生。

三元：為了解決層狀錳酸鋰的缺陷，通過(guò)摻雜金屬元素的方法，發(fā)明了Ni、Co（Al）取代錳的三元材料LiNiCoMnO2(LiNiCoAlO2)，兼顧了鎳酸鋰的高容量高電壓、錳酸鋰的高壓高安全性，鈷酸鋰的良好循環(huán)性，同時(shí)克服了錳酸鋰鎳酸鋰合成困難且不穩(wěn)定、鈷酸鋰成本高的缺點(diǎn)，成為了目前的主流正極材料。理論容量280mA·h/g，電壓2.7~4.2，現(xiàn)在實(shí)際做出來(lái)的容量在160mA·h/g左右。

未來(lái)幾年，目前的三元在三年后基本會(huì)被淘汰，高鎳和NCA占主角。10年后估計(jì)整個(gè)三元會(huì)被淘汰，會(huì)有新型的電池體系來(lái)替代三元。

錳酸鋰電池是指正極使用錳酸鋰材料的電池，錳酸鋰電池其標(biāo)稱電壓在2.5~4.2v，錳酸鋰電池以成本低，安全性好而被廣泛使用。

輸出電壓范圍：2.5~4.2v標(biāo)稱容量：7500mAh

標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)放電電流：0.2C

最大持續(xù)放電電流：1C

工作溫度：充電：0~45℃

放電：-20~60℃

引線型號(hào)：國(guó)標(biāo)線UL3302/26#，線長(zhǎng)50mm白色線為10KNTC

保護(hù)板參數(shù)：(各參數(shù)可根據(jù)客戶產(chǎn)品設(shè)置)

過(guò)充保護(hù)電壓/每串4.28±0.025V

過(guò)放保護(hù)電壓2.4±0.1V

過(guò)流值：2~4A

成本低、安全性和低溫性能好的正極材料，但是其材料本身并不太穩(wěn)定，容易分解產(chǎn)生氣體，因此多用于和其它材料混合使用，以降低電芯成本，但其循環(huán)壽命衰減較快，容易發(fā)生鼓脹，高溫性能較差、壽命相對(duì)短，主要用于大中型號(hào)電芯，動(dòng)力電池方面，其標(biāo)稱電壓為3.7V。