錳酸鋰簡介

錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一，相比鈷酸鋰等傳統(tǒng)正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的動力電池正極材料，但其較差的循環(huán)性能及電化學(xué)穩(wěn)定性卻大大限制了其產(chǎn)業(yè)化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結(jié)構(gòu)錳酸鋰，其中尖晶石型錳酸鋰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，如今市場產(chǎn)品均為此種結(jié)構(gòu)。尖晶石型錳酸鋰屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群，理論比容量為148mAh/g，由于具有三維隧道結(jié)構(gòu)，鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌，不會引起結(jié)構(gòu)的塌陷，因而具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定性。

如今，傳統(tǒng)認(rèn)為錳酸鋰能量密度低、循環(huán)性能差的缺點(diǎn)已經(jīng)有了很大改觀（萬力新能典型值：123mAh/g，400次，高循環(huán)型典型值107mAh/g，2000次）。表面修飾和摻雜能有效改性其電化學(xué)性能，表面修飾可有效地抑制錳的溶解和電解液分解。摻雜可有效抑制充放電過程中的Jahn-Teller效應(yīng)。將表面修飾與摻雜結(jié)合無疑能進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能，相信會成為今后對尖晶石型錳酸鋰進(jìn)行改性研究的方向之一。

磷酸亞鐵鋰簡介

磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿足電動車頻繁充放電的需要。

磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn)，例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。

由于磷酸鐵鋰材料的固有特點(diǎn)，決定其低溫性能劣于錳酸鋰等其他正極材料。一般情況下，對于單只電芯（注意是單只而非電池組，對于電池組而言，實(shí)測的低溫性能可能會略高，這與散熱條件有關(guān)）而言，其0℃時的容量保持率約60～70%，-10℃時為40～55%，-20℃時為20～40%。這樣的低溫性能顯然不能滿足動力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠家通過改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。

電池存在一致性問題。單體磷酸鐵鋰電池壽命目前超過2000次，但電池組的壽命會大打折扣，有可能是500次。因?yàn)殡姵亟M是由大量單體電池串并而成，其工作狀態(tài)好比一群人用繩子綁在一起跑步，即使每個人都是短跑健將，如果大家的動作一致性不高，隊(duì)伍就跑不快，整體速度甚至比跑得最慢的單個選手的速度還要慢。電池組同理，只有在電池性能高度一致時，壽命發(fā)揮才能接近單體電池的水平。

錳酸鋰、三元材料、磷酸亞鐵鋰_三類鋰電池材料特性對比

三類鋰電池材料特性對比_錳酸鋰價格最低

錳酸鋰、三元材料、磷酸亞鐵鋰_三類鋰電池材料特性對比

從上述表格中可以看到，錳酸鋰材料價格最低，每噸5-6萬元，相應(yīng)的電池循環(huán)壽命次數(shù)、儲存性能的表現(xiàn)也是最一般的，分別是≥300次，月衰減5%以上。三元材料鋰電池材料價格每噸16-20萬元，儲存性能表現(xiàn)最好，月衰減1-2%，電池循環(huán)壽命≥600次。鋰酸亞鐵鋰材料價格每噸15-18萬元，電池循環(huán)壽命表現(xiàn)最好≥1500次，儲存性能在三者當(dāng)中表現(xiàn)中等，月衰減3%。

三類鋰電池材料應(yīng)用_錳酸鋰或成未來主宰

上表中提到的數(shù)值是三類鋰電表現(xiàn)的硬性參數(shù)，鋰電的安全性、穩(wěn)定性、耐低溫等性能同樣是綜合評判鋰電性能的重要指標(biāo)。

1、錳酸鋰

高溫性能、循環(huán)性能、儲存性能較差，錳在高溫情況下易分解，電池組的使用壽命短不易存儲。

2、三元材料鋰電池

高低溫、循環(huán)、安全性、存儲及個項(xiàng)電性能都比較平均。體積比能量高，材料價格適中并且性能穩(wěn)定。

3、磷酸亞鐵鋰

安全性能好，電導(dǎo)率低，體積比能量低，材料成本高，低溫性能很差，不能滿足電動車冬天使用。

雖然三元材料在國內(nèi)外都有研發(fā)，但是鈷元素日益缺乏，成本較高，很難大批量應(yīng)用于動力鋰電，但是可以和錳酸鋰在一定范圍內(nèi)混合使用。

總體而言，三類鋰電池各有優(yōu)缺點(diǎn)，在市場當(dāng)中都得到了不同層次的應(yīng)用，但三元材料資源匱乏的問題是無法彌補(bǔ)的。因此有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，錳酸電池將會是未來動力方面的主宰，三元材料最多將與錳酸鋰混合使用，而磷酸鐵鋰，由于其安全性問題是沒有辦法可以避免的，所以，用于對安全性要求很高的動力方面來說并不適合。