什么是錳酸鋰電池？它的結構特性是什么？磷酸鐵鋰電池安全嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-14 15:14
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錳酸鋰電池是一類鋰離子電池，對于鋰離子電池的分類，因其負極基本上是碳原料，故業(yè)內主要的分類方式是由鋰離子電池正極材料而分別。所謂錳酸鋰電池就是指正極使用錳酸鋰材料的電池。那么，錳酸鋰又是什么呢？它是以EMD（一種原材料，曾用作無汞堿錳電池專用材料）和碳酸鋰（亦為原料），配合相應的添加物，經過混料、燒結等步驟生產而成。
現(xiàn)在，我們一說到錳酸鋰，便說它是尖晶石結構，這是指它應用在鋰電池上的晶體形狀，當錳酸鋰不應用于鋰電池時，還有層狀結構。相對來說，尖晶石結構比層狀結構更穩(wěn)定（雖然基于化學特性，似乎也能想到幾何中不同形狀的穩(wěn)定性），因此實際應用中目前還是采用尖晶石結構。
除了錳酸鋰，鈷酸鋰和三元鋰電池正極也都是尖晶石結構，但錳酸鋰這種尖晶石結構與它的這兩個同類相比性格非常鮮明，即：優(yōu)缺點均十分突出。其優(yōu)點是：耐低溫、倍率性能好、制備比較容易，缺點是：材料本身不穩(wěn)定，需配以其它材料混合使用、高溫性能差、循環(huán)性能差、衰減快。錳酸鋰的這些缺點由錳的特性而來。不過，由于錳的廣泛存在，使其具有明顯的成本優(yōu)勢。
因為錳酸鋰材料是有如此鮮明的特點，所以，人們便利用其優(yōu)點、抑制其缺點，使錳酸鋰電池應用于不同的領域，通常稱為A類與B類兩個應用。A類是指用于動力電池，重點考慮安全與循環(huán)性能，要求是可逆容量在100~115mAh/g，500次循環(huán)后可保持80%容量。B類主要用于消費電子（手機類），其特點是高容量，一般要求是可逆容量在120 mAh/g，但循環(huán)性能只要求經過300~500次保持60%的容量。
這兩類電池的不同性能是在生產過程中實現(xiàn)的。如前所述，錳酸鋰的制備比較簡單，如果要加工成分別適用于A、B類電池的正極，其添加物與作業(yè)流程會有所不同，采用不同的合成方法。具體有：高溫固相法、熔融浸漬法、微波合成法、共沉淀法、水熱合成法等，如果詳細描述每種制備方法，那就是制造工藝的問題了，這里只需知道有多種方法就行了。
1. 磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子電池正極材料，不含任何對人體有害的重金屬元素，其橄欖石結構中氧氣很難析出，提高了材料的穩(wěn)定性。
2. 磷酸鐵鋰電池生產流程與其他鋰電池品種大體相同，其核心工序有：配料、涂布、輥壓、制片、卷繞。在配料環(huán)節(jié)，磷酸鐵鋰材料導電性能相對較差，所以，顆粒一般做得更小一些，這樣做的客觀效果是：內部排列更為均勻，促使其形成了平衡的電壓平臺，工作時能夠保持電池的狀態(tài)穩(wěn)定。
3. 充放電是鋰電池兩種基本的工作狀態(tài)。當磷酸鐵鋰電池充放電時，由于鐵離子氧化能力不強，不會放出氧氣，自然也就難以與電解質發(fā)生氧化還原反應，這使得磷酸鐵鋰電池充放電過程處在一個安全的環(huán)境中。不但如此，磷酸鐵鋰電池在大倍率放電，甚至過充放電過程中，也難以發(fā)生劇烈的氧化還原反應。同時，鋰在脫嵌后，晶格變化使晶胞（晶體的最小構成單位）最終體積會縮小，這正好抵銷了碳負極在反應中增加的體積，所以，在充放電中磷酸鐵鋰電池能夠保持物理結構的穩(wěn)定，消除了體積增大而產生電池爆裂現(xiàn)象的隱患。
上面說到的電池安全性是為了方便起見而采用單體為例予以說明，在投放使用時，磷酸鐵鋰電池需要提供適用于用電器具的額定電壓與容量，這時就需要進行磷酸鐵鋰電池配組工作，即，把單體磷酸鐵鋰電池通過串聯(lián)/并聯(lián)/串并聯(lián)方式裝備成可供實用的鋰電池組。這種配組工作最需要注意的是各個單體電池的一致性。通常，它還帶有均衡管理系統(tǒng)，通過關鍵參數(shù)控制保證鋰電池使用的安全性，這一點則是各類鋰電池組的共同特點。
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