文档介绍：锰酸锂课件DifferentCathodeMaterialsforLi-ionBatteries正极材料类别理论比容量(mAh/g)实际比容量(mAh/g)工作电压(V)---------,LiMn2O4虽然比容量较低,目前作为正极材料还存在一些不足之处,但其资源丰富,价格便宜,其作为正极材料的金属成本仅为LiCoO2的1/20(售价为1/8),且安全性好,,被认为二十一世纪最具吸引力的一种锂离子动力电池正极材料金属元素金属价格/万元/吨世界储量/万吨产量/万吨Co35(20)(8)1000088[20],8000,0002500[550]锰资源丰富abundantMnresource价格低廉lowcost环保lowpollution安全safety高倍率highrateLiMn2O4的特点 Theadvantagesoflithiummanganeseoxidecathode不利因素Problemstoberesolved:比容量较低relativelylowenergydensity循环寿命较短shortcyclelife高温充放电循环过程中容量衰减快significantcapacityfadingunderhightemperature锰酸锂的结构尖晶石型LiMn2O4属于Fd3m空间群,其中的[Mn2O4]骨架是一个有利于Li+扩散的四面体与八面体共面的三维网络。锰占据八面体的(16d)位置,75%的Mn原子交替位于立方紧密堆积的氧层之间,余下的Mn原子位于相邻层;氧占据面心立方(32e)位,作立方紧密堆积;锂离子占据四面体(8a)位置,可以直接嵌入由氧原子构成的八面体间歇位。锰酸锂在充放电过程中的工作机理电极在充电时,锂离子从8a位置脱出,n(Mn3+)/n(Mn4+)比小,LiMn2O4最后变成λ-MnO2,,只留下[Mn2]16dO4稳定的尖晶石骨架。放电时,在静电力作用下嵌入的Li+首先进入势能低的8a空位。锰酸锂电池性能特点在众多的锂离子电池用正极材料中,锰酸锂是一种很有应用前景的材料。由于合成锰酸锂的资源广泛,价格低廉,对环境友好及具有潜在的优良充放电特性等优点,近年来成为锂离子电池研发的焦点。尖晶石LiMn2O4具有三维隧道结构,可快速充放电。其用作4V电池,-1,-1,-1以上,相对于其他正极材料体系,该体系比容量较低。此外限制LiMn2O4应用的一个关键问题是循环过程中容量衰减,特别是高温(55℃)下这一问题尤其突出。锰酸锂电池性能特点尖晶石型LiMn2O4主要表现出4V平台和3V平台。4V平台的循环性能优于3V平台,但在使用过程中容量衰减很快,尤其是高温下(45℃以上)的循环性能剧降和贮存性能差,容量衰减的原因主要有:Mn的溶解。一般认为由于正极表面的Mn3+歧化生成Mn2+和Mn4+,而Mn2+溶于电解液,在负极上被还原,并沉积在负极表面,导致电极阻抗增大;同时循环过程中可脱嵌锂离子的数量减少;电解液的分解。一方面是LiPF6与水反应生成的HF酸,加速Mn的溶解;另一方面是电解液溶剂在循环过程中的氧化。Jahn-Teller效应。Mn3+将导致围绕它的氧八面体畸变为变形的八面体构型,同时,尖晶整体的立方结构逐渐向四方相转变,而四方相不具备锂离子脱嵌性能,使正极容量衰减。两相共存时结构不相容,使得电极材料颗粒间接触不良,使锂离子的扩散能力和电极的导电性下降,导致容量衰减。尖晶石LiMn2O4在充放电的过程中容易发生结构畸变,造成容量的迅速衰减,这是因为存在Jahn-Taller效应的缘故。八面体位的Mn3+是引起Jahn-Taller效应的主要原因。在计量比的LiMn2O4中,,随着锂的嵌入,锰的化合价降低,结果导致Jahn-Taller效应的发生,由立方晶系转变为对称性低且无序性增加的四方晶系。Mn3+引起的Jahn-Taller效应如图所示。LiMn2O4正极材料的缺点循环寿命低,特别在高温条件下(55-60oC);存储,产生容量衰减,特别在高温下储存;容量低,不适合手机和笔记本电池的要求;在循环过程中,容量常发生快速衰减