镍锰酸锂基本概况

发布网友 发布时间：2024-10-23 22:18

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热心网友 时间：2024-10-29 21:34

基于对锰酸锂性能的改善和提高，通过适当的元素掺杂，尖晶石型镍锰酸锂材料得以开发。这种材料在保持尖晶石锰酸锂的基本框架结构和电化学性能优势的同时，改变锂离子的脱嵌/嵌入电位，实现比容量与锰酸锂相同，电压平台比锰酸锂高15%以上的5V级锂离子正极材料。通过元素调整，材料的内在电子轨道重叠情况和表面性质发生根本改变，显著提高循环性能。未经任何优化的尖晶石型镍锰酸锂（LiNi0.5Mn1.5O4）在2C倍率下循环2000次后，容量保持率仍有90%。

关于尖晶石型镍锰酸锂的公开报道最早可见于19年和1966年的文献。当时的研究证实，Mn4+八面体结构比Mn3+八面体更稳定。当形成LiM0.5Mn1.5O4后，材料的稳定性显著增加。1996年，G. Li等人研究了LiMxMn2-xO4（M=Co、Cr、Ni）尖晶石固溶体体系，发现即使是1/12的MnO6被其他过渡金属取代，材料在4V范围内的充放电性能也优于LiMn2O4（尖晶石型锰酸锂）。1997年，K. Amine等人和Q. Zhong等人分别报道了LiNixMn2-xO4的合成及电化学性能，开启了LiNi0.5Mn1.5O4材料在锂离子电池中的应用研究。

在LiNi0.5Mn1.5O4材料中，Ni2+在充电过程中可以变化到Ni4+，根据电中性的要求，使用0.5mol的Ni2+取代量就可以使1mol LiMn2O4中Mn3+全部变成Mn4+（LiNi0.5Mn1.5O4），而不影响材料的理论比容量。使用其他二价金属离子如Cu2+、Zn2+，理论比容量将减少一半，甚至没有电化学容量。三价金属离子如Co、Cr、Fe等需要1mol的取代量才能使Mn4+全部变成+4价（即LiCoMnO4、LiCrMnO4、LiFeMnO4），这种较大的取代量将对LiMn2O4尖晶石的结构稳定性产生明显影响，特别是Fe3+，超过一定的掺杂量后，易导致阳离子无序化，Fe3+在锂位的占据将明显增加，对材料的容量和性能产生不良影响。

镍锰酸锂是具有诱人前景的锂离子电池正极材料，相比钴酸锂，其输出电压高、成本低、环境友好；相比锰酸锂，其在高温循环下的稳定性大大提高；与磷酸亚铁锂相比，其制备工艺简单，生产的批次稳定性好，特别是在与钛酸锂负极相匹配时，镍锰酸锂-钛酸锂单体电池输出电压可高达3.2V，优势明显。

目前，镍锰酸锂主要应解决规模化制备问题及高电位电解液耐受性问题。如能顺利解决，具有4.7V的锂离子电池正极材料必将成为未来大型、长寿命、高安全锂电产品首选正极材料。