尖晶石型錳酸鋰?簡介

?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格低、電位高、環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點，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。

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個原子:8個鋰原子，16個錳原子，32個氧原子，其中Mn3+和Mn4+各占50%。由于尖晶石結(jié)構(gòu)的晶胞邊長是普通面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)型的兩倍，因此，每個晶胞實際上由8個立方單元組成。這八個立方單元可分為甲、乙兩種類型。每兩個共面的立方單元屬于不同類型的結(jié)構(gòu)，每兩個共棱的立方單元屬于同類結(jié)構(gòu)。每個小立方單元有四個氧離子，它們均位于體對角線中點至頂點的中心即體對角線1/4與3/4處。其結(jié)構(gòu)可簡單描述為8個四面體8a位置由鋰離子占據(jù)，16個八面體位置(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，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)

目前市場上主要的錳酸鋰有AB兩類，A類是指動力電池用的材料，其特點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)工藝的特點來考慮，生產(chǎn)本身無毒害，對環(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。因此對環(huán)境沒有影響。

目前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，但對于循環(huán)性相對要求較低，300次~500次不等，容量保持率可達(dá)60%以上即可。當(dāng)然，A類的價格與B類的價格上還有一定的距離。

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。

如今市場上主要的錳酸鋰有AB兩類，A類是指動力電池用的材料，其特點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)工藝的特點來考慮，生產(chǎn)本身無毒害，對環(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。因此對環(huán)境沒有影響。

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，但對于循環(huán)性相對要求較低，300次~500次不等，容量保持率可達(dá)60%以上即可。當(dāng)然，A類的價格與B類的價格上還有一定的距離。