鋰離子電池正極錳酸鋰優(yōu)點及制備新方法

www.diaoyou.cc 來源：互聯(lián)網(wǎng) 　　　電動車商情網(wǎng) 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(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理論性. 合成的材料經(jīng)XRD和電化學性能分析，尖晶石結(jié)構(gòu)完善，晶型較好，初始放電容量可達到108.96 mAh/g. 可廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、移動通訊、電動汽車、航天、航空及軍事設(shè)備等領(lǐng)域. 二．作品的應(yīng)用價值和現(xiàn)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(xiàn)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(wěn)定、無污染等優(yōu)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(xiàn)真正的綠色高能電池具有重要的應(yīng)用價值和現(xiàn)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(yīng)用在以下幾個方面： (1) 便攜式電子設(shè)備，如筆記本電腦、攝像機、照相機、游戲機、小型醫(yī)療設(shè)備等； (2) 通信設(shè)備，如手機、無繩電話、衛(wèi)星通訊、對講機等； (3) 軍事設(shè)備，如導(dǎo)彈點火系統(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、自放電率小、無記憶效應(yīng)環(huán)境污染小的優(yōu)點. 因此，自1992年商品化以來得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用，被認為是21世紀最有發(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(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量的比較金屬元素世界(Mondi)儲量／萬噸產(chǎn)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(huán)境污染. 這些優(yōu)點使其作為鋰離子電池正極材料具有得天獨厚的優(yōu)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(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(tǒng)的一步高溫固相法制備的產(chǎn)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(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(tǒng)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(xiàn)實意義。