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鋰離子電池正極錳酸鋰優(yōu)點(diǎn)及制備新方法

www.guilinhy.com 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 　　　電動(dòng)車商情網(wǎng) 作者：俠名類別：電動(dòng)車維修時(shí)間：2005-8-29

一．作品的科學(xué)性、先進(jìn)性、新穎性、實(shí)用性本合成方法在對(duì)材料差熱（TG）及熱重分析（DTA）的基礎(chǔ)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(xué)理論性. 合成的材料經(jīng)XRD和電化學(xué)性能分析，尖晶石結(jié)構(gòu)完善，晶型較好，初始放電容量可達(dá)到108.96 mAh/g. 可廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、移動(dòng)通訊、電動(dòng)汽車、航天、航空及軍事設(shè)備等領(lǐng)域. 二．作品的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義本合成方法制備的尖晶石LiMn2O4性能已達(dá)到鋰離子電池的要求，并且比現(xiàn)在市場(chǎng)(Rialto)上的鋰離子電池正極材料LiCoO2價(jià)格低一倍以上，況且錳還有資源豐富、性能穩(wěn)定、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn). 因此，本合成方法制備的尖晶石LiMn2O4對(duì)于降低鋰離子電池價(jià)格，減少鈷資源的短缺及實(shí)現(xiàn)真正的綠色高能電池具有重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義. 三．作品說(shuō)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(yīng)用在以下幾個(gè)方面： (1) 便攜式電子設(shè)備，如筆記本電腦、攝像機(jī)、照相機(jī)、游戲機(jī)、小型醫(yī)療設(shè)備等； (2) 通信設(shè)備，如手機(jī)、無(wú)繩電話、衛(wèi)星通訊、對(duì)講機(jī)等； (3) 軍事設(shè)備，如導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)、大炮發(fā)射設(shè)備、潛艇、魚雷及一些特殊的軍事用途； (4) 交通設(shè)備，如電動(dòng)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(yōu)點(diǎn) 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(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)環(huán)境污染小的優(yōu)點(diǎn). 因此，自1992年商品化以來(lái)得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展、最有前途的理想電源. 目前正極材料的研究熱點(diǎn)主要集中在三種富鋰的過(guò)渡金屬氧化物L(fēng)iCoO2 、LiNiO2和 LiMn2O4上，這三種正極材料的性能、金屬儲(chǔ)量和價(jià)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(shí)際比容量(mAh/g) 工作電壓(V) 熱穩(wěn)定性安全裝置環(huán)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(chǔ)量的比較金屬元素世界(Mondi)儲(chǔ)量／萬(wàn)噸產(chǎn)量／萬(wàn)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(jià)格的比較正極材料材料中金屬單耗(Kg/kWh) 金屬單價(jià)(＄／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(jià)格便宜，其作為正極材料的金屬成本僅為L(zhǎng)iCoO2的1/18，且安全性好，無(wú)環(huán)境污染. 這些優(yōu)點(diǎn)使其作為鋰離子電池正極材料具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，被公認(rèn)為二十一世紀(jì)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(duì)材料差熱（TG）及熱重分析（DTA）的基礎(chǔ)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(jī)上研磨6h,使其混合均勻，并達(dá)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(tǒng)的一步高溫固相法制備的產(chǎn)物，衍射峰的強(qiáng)度增大，峰性尖銳，基線平滑，不存在雜相，說(shuō)明利用本方法制備的LiMn2O4尖晶石結(jié)構(gòu)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(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試也說(shuō)明了這一點(diǎn). 利用本方法制備的LiMn2O4初始放電容量可達(dá)到108.96 mAh/g,而利用傳統(tǒng)的一步高溫固相法制備的LiMn2O4才能達(dá)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(xué)性、先進(jìn)性、新穎性及較好的現(xiàn)實(shí)意義。

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