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中國粉體網(wǎng)訊  磷酸錳鋰正極材料具有能量密度高、成本低、安全性高和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，目前已成為鋰電產(chǎn)業(yè)界研究的熱點，有望成為繼磷酸鐵鋰之后的新一代正極材料。

磷酸錳鋰結(jié)構(gòu)及性能

LiMnPO₄正極材料的晶體結(jié)構(gòu)

LiMnPO₄屬于橄欖石型結(jié)構(gòu)，正交晶系，空間群為Pnma。其晶胞參數(shù)為a=1.04448nm，b=0.61018nm，c=0.47313nm，每個晶胞中有4個LiMnPO₄單元。晶體骨架由MnO₆八面體及PO₄四面體組成。

鋰離子電池正極材料的主要性能參數(shù)

磷酸錳鋰的優(yōu)點

在目前所報道的一系列正極材料中，LiMnPO₄正極材料具有4.1V的高電位，比LiFePO₄提高0.7V，且處于現(xiàn)有電解液的穩(wěn)定電化學(xué)窗口。據(jù)相似的放電比容量和壓實密度測算，LiMnPO₄電池的能量密度較LiMnPO₄提高約20%，達(dá)190Wh·kg^-1，且LiMnPO₄價格更便宜。與錳酸鋰相比，LiMnPO₄具有相近的工作電壓，但能量密度更高、高溫循環(huán)壽命更長。與三元材料相比，LiMnPO₄具有相似的能量密度，但更安全、價格更低。

磷酸錳鋰的缺點

橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMnPO₄存在一些固有缺陷制約著其發(fā)展和應(yīng)用。表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）材料的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率都非常低，導(dǎo)致材料的容量難以發(fā)揮；

（2）LiMnPO₄與電解質(zhì)會發(fā)生副反應(yīng)，生成產(chǎn)物L(fēng)i₄P₂O₇等，隨著材料充放電次數(shù)的增加，LiMnPO₄會逐漸失去活性；

（3）脫鋰后形成的磷酸錳(MnPO₄)會受到Jahn-Teller效應(yīng)影響，晶體結(jié)構(gòu)從八面體變成立方相，壓縮鋰脫嵌通道，造成結(jié)構(gòu)上的不可逆變化；

（4）部分錳離子發(fā)生歧化反應(yīng)溶解在電解液中，導(dǎo)致材料循環(huán)性能變差。

針對以上問題的改善方案：

（1）納米化，縮短鋰離子的固態(tài)擴(kuò)散路徑，增大電極反應(yīng)面積，從而提高材料的宏觀鋰離子電導(dǎo)率；

（2）晶面選控，增大鋰離子快速遷移的晶面面積，從而提高材料的微觀鋰離子電導(dǎo)率；

（3）體相摻雜，通過摻雜原子的原位取代或形成固溶體來穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，提高離子/電子電導(dǎo)率，從而提高材料的循環(huán)和倍率性能；

（4）表面包覆，通過在材料表面復(fù)合導(dǎo)電碳、金屬氧化物層等，提高材料的離子/電子電導(dǎo)率，阻止LiMnPO₄與電解液直接接觸。

中國新一代磷酸錳鋰正極材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)及其高能動力電池應(yīng)用示范”項目驗收

2017年，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所承擔(dān)的中科院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃(STS)“新一代磷酸錳鋰正極材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)及其高能動力電池應(yīng)用示范”項目驗收。

研究團(tuán)隊針對電動汽車發(fā)展對先進(jìn)動力電池的重大需求，開展了磷酸錳鋰復(fù)合三元材料動力電池新體系及關(guān)鍵材料的系統(tǒng)性研究，突破了高性能磷酸錳鋰正極材料規(guī)模化制備的關(guān)鍵技術(shù)，建成了年產(chǎn)300t磷酸錳鋰中試生產(chǎn)線，中試產(chǎn)品得到動力電池企業(yè)用戶認(rèn)可；研制出能量密度219Wh/kg的10Ah磷酸錳鋰－三元材料復(fù)合動力電池，通過GB/T 31485—2015單體蓄電池安全性試驗，同時為吉利汽車研發(fā)出能量密度185Wh/kg的43Ah磷酸錳鋰－三元材料復(fù)合動力電池，并進(jìn)行了車載實驗。該項目的實施，為后續(xù)解決年產(chǎn)千噸級生產(chǎn)線的工藝技術(shù)問題，實現(xiàn)磷酸錳鋰大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

參考來源：

秦來芬.新一代動力鋰離子電池磷酸錳鋰正極材料的研究現(xiàn)狀與展望

李俊豪.高性能磷酸錳鋰正極材料的研究進(jìn)展

         

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