新一代锂离子电池正极材料磷酸锰锂的发展研究

       新型的橄榄石结构的磷酸系统安全性能和循环寿命等方面都优于传统的阳极材料的分层结构阳极材料(如酸锂钴酸锂、镍、三元材料),代表材料锂铁磷酸盐(磷酸铁锂)已经被学术界和产业界广泛研究,证实和大量的应用在动力和储能电池等领域。但是磷酸铁锂3.4 V (vs. Li/Li+)的潜力限制了电池能量密度的提高，因此磷酸铁锂电池市场的发展受到限制。与磷酸铁锂(LiFePO4)相比，磷酸锰锂(LiMnPO4)具有4.1v的高电势，理论容量基本相同。在相同容量的条件下，磷酸锰锂电池的能量密度将比磷酸铁锂电池高20%左右。因此，磷酸锰锂(LiMnPO4)被列为新一代高能密度动态锂离子电池的负极材料。可以预见，一旦磷酸锰锂材料的研发取得突破，不仅可以抢占磷酸铁锂的市场份额，还可以挤压锰酸锂和三元材料的市场空间，打破目前正电极材料的市场格局。

2磷酸锰锂(LiMnPO4)生产工艺

       目前,manganese-lithium磷酸盐材料仍在研究和开发阶段,并没有被大规模应用于电池,主要是由于未能找到合适的低成本的大规模生产方法解决高性能manganese-lithium磷酸盐材料的问题。然而，与金属锂相比，其高电位值为4.1v，容量超过162 mAh/g，磷酸铁锂(LiFePO4)材料相对于金属锂的电位值仅为3.4v左右。与LiFePO4相比，LiMnPO4的电势增加了0.7v，因此作为新一代的正极材料受到了广泛的关注。但是，LiMnPO4的电导率比LiFePO4的电导率低了3个多数量级，因此乘法器性能较差，难以用于高输出功率。

宁波材料动力和储能电池技术的中国团队经过大量的技术研究和探索,解决了可怜的磷酸锰锂材料的电子电导率和锂离子扩散率低的瓶颈问题,高性能磷酸锰锂材料的发展,低成本大规模制备技术和相应的技术的发展。采用研制的磷酸锰锂材料制成的18650圆柱形电池放电容量为1100 mAh，放电电压约3.9v，比同类型磷酸铁锂电池的能量密度高20%。新电池还具有良好的循环寿命、高放电率、低温性能和安全性能。在室温1C下循环150周后，电池容量没有明显下降。40C高倍率连续放电电池的放电容量为1C的90%，- 20℃时0.2c的放电容量为室温时的97.6%。即使在- 40℃，电池放电容量仍可达到61.5%。此外，电池还成功通过了3c ~ 10v的过充和击穿等安全试验试验，无爆炸、无燃烧、无烟雾。实验数据表明,这种新材料和电池应用和发展的基本动力和储能电池、材料的可行性和磷酸锰锂电池技术填补空白的磷酸锰锂技术在中国,打破国外技术的垄断,将有利于中国的发展和国际竞争力的动力锂离子电池技术。

国外磷酸锰锂的研究进展

       位于华盛顿州richland的太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员。该公司已经开发出一种技术，可以将一种通常不能储存电能的潜在电极材料转换成一种比市场上类似电池材料能储存更多能量的材料。当磷酸锰锂在新工艺中生长时，会形成一个小碟子。这些圆盘可以传导电荷和锂离子，使它们成为一种有用的储电材料。

美国西北太平洋国家实验室的研究人员在《纳米快报》上发表的一篇论文显示，固体石蜡和油酸有利于锰-磷酸锂层状纳米结构的生长。