鋰離子電池正極錳酸鋰優點及制備新方法

www.guilinhy.com 來源：互聯網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-8-29

一．作品的科學性、先進性、新穎性、實用性本合成方法在對材料差熱（TG）及熱重分析（DTA）的基礎上，采用兩步固相合成法，即先低溫焙燒，冷卻后研磨壓塊，然后再高溫合成得到LiMn2O4，此法具有一定的新穎性和科學理論性. 合成的材料經XRD和電化學性能分析，尖晶石結構完善，晶型較好，初始放電容量可達到108.96 mAh/g. 可廣泛應用于便攜式電子設備、移動通訊、電動汽車、航天、航空及軍事設備等領域. 二．作品的應用價值和現實意義本合成方法制備的尖晶石LiMn2O4性能已達到鋰離子電池的要求，并且比現在市場(Rialto)上的鋰離子電池正極材料LiCoO2價格低一倍以上，況且錳還有資源豐富、性能穩定、無污染等優點. 因此，本合成方法制備的尖晶石LiMn2O4對于降低鋰離子電池價格，減少鈷資源的短缺及實現真正的綠色高能電池具有重要的應用價值和現實意義. 三．作品說明 1. 錳酸鋰的用途錳酸鋰是鋰離子電池的正極材料，主要應用在以下幾個方面： (1) 便攜式電子設備，如筆記本電腦、攝像機、照相機、游戲機、小型醫療設備等； (2) 通信設備，如手機、無繩電話、衛星通訊、對講機等； (3) 軍事設備，如導彈點火系統、大炮發射設備、潛艇、魚雷及一些特殊的軍事用途； (4) 交通設備，如電動汽車、摩托車、自行車、小型休閑車等. ２. 錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的優點鋰離子電池與鎳氫電池和鎳鎘電池相比具有工作電壓高、比能量大、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應環境污染小的優點. 因此，自1992年商品化以來得到迅速的發展和應用，被認為是21世紀最有發展、最有前途的理想電源. 目前正極材料的研究熱點主要集中在三種富鋰的過渡金屬氧化物LiCoO2 、LiNiO2和 LiMn2O4上，這三種正極材料的性能、金屬儲量和價格的比較分別見表１、表２、表３. 三種鋰離子電池正極材料性能的比較正極材料理論比容量(mAh/g) 實際比容量(mAh/g) 工作電壓(V) 熱穩定性安全裝置環保 LiCoO2 274 140 3.0~4.3 不良必要不良 LiNiO2 275 140 2.8~4.1 良好必要不良 LiMn2O4 148 100~120 3.5~4.3 良好不要良好三種鋰離子電池正極材料中金屬儲量的比較金屬元素世界(Mondi)儲量／萬噸產量／萬噸 Co 830 3.85 Ni 9974 84.32 Mn 4800,000 2387 三種鋰離子電池正極材料價格的比較正極材料材料中金屬單耗(Kg/kWh) 金屬單價(＄／Kg) 金屬成本(＄/kWh) LiCoO2 1.22 48.50 59.20 LiNiO2 1.22 6.10 7.40 LiMn2O4 1.08 3.00 3.24 從表１～３可以看出，LiMn2O4雖然比容量較低，目前作為正極材料還存在一些不足之處，但其資源豐富，價格便宜，其作為正極材料的金屬成本僅為LiCoO2的1/18，且安全性好，無環境污染. 這些優點使其作為鋰離子電池正極材料具有得天獨厚的優勢，被公認為二十一世紀最具吸引力的一種鋰離子電池正極材料. ３. 錳酸鋰的制備新方法在對材料差熱（TG）及熱重分析（DTA）的基礎上，本合成方法采用兩步固相合成法，即將Li2CO3和電解MnO2按Li：Mn=1：2的比例,混合后在瑪瑙球磨機上研磨6h,使其混合均勻，并達到一定粒度. 然后將研磨好的粉料壓制成塊放入剛玉坩堝，置于馬福爐中，先在450℃下低溫恒熱6h，冷卻后再研磨，最后在750℃的高溫下恒熱24 h，之后自然冷卻至室溫得到LiMn2O4. 從XRD圖譜（圖1）上可看出,利用本方法制備的LiMn2O4比傳統的一步高溫固相法制備的產物，衍射峰的強度增大，峰性尖銳，基線平滑，不存在雜相，說明利用本方法制備的LiMn2O4尖晶石結構完善，相組成單一，晶型較好. 將制得的尖晶石LiMn2O4裝配成模擬電池，進行電化學性能測試也說明了這一點. 利用本方法制備的LiMn2O4初始放電容量可達到108.96 mAh/g,而利用傳統的一步高溫固相法制備的LiMn2O4才能達到90.88 mAh/g。因此，采用兩步固相合成法制備尖晶石LiMn2O4，具有其科學性、先進性、新穎性及較好的現實意義。