什么是锂电池容量？富锰分层技术真的可以提高锂电池的比容量吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-14 12:42
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美国加州大学伯克利分校的一位化学家通过富锰分层状的复合正极技术，使相同重量的锂离子电池容量提高了2倍。
这种电池采用的是传统的锂锰尖晶石正极技术，所谓尖晶石结构是指三维排列原子的材料。众所周知，在目前的锂离子电池中有一种不平衡存在于两个电极之间：负极配置可以接受更多的电荷以提高整个电池的比容量。
富锰分层技术包括两个含义：1、富锰：就是指高容量的富锰正极，试验证明，锂电池正极材料同时具有活性成分和惰性成分，通过正极材料活性成分，锂离子可在正负极间移动形成充放电;而惰性成分有助于稳定活性物质，从而延长电池寿命。富锰正极材料可以带来多出1/3的能量密度。2、分层：就是指这种电池的制备采用两个不同的分层组件，使正极表现为一层层的复合结构，为此，在涂层、孔隙率和材料成分等工艺选择上需要进行改进。通过分层技术，使锂电池正极材料配比更趋合理，最终使正极材料可接受的电荷数量获得极大提升。
目前配合上述加州化学家开发这种技术的公司是恩维亚系统公司，公司开发的电池比容量为300Wh/kg，而公司希望通过正极材料的改进将这一指标提高到400Wh/kg。在电池负极荷电量大于正极的情况下，电池容量的提升主要依靠正极材料，这就是富锰分层技术存在的一大好处，通过这种技术从理论上可以生产出真正的大容量锂电池。
锂离子电池自上世纪90年代商品化以来，在小型便携设备上的应用已经取得了巨大的成功，但是，以动力电池和储能电池为重大应用需求的下一代锂离子电池，在满足安全、环保、成本、寿命等基本条件下，要求具有更高的能量密度和快速充放电能力。目前已广泛应用的锂离子电池正极材料主要包括层状的钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(Li2MnO4)、橄榄石型结构磷酸铁锂(LiFePO4)，比容量均在170 mAh/g以下，相对于稳定在350 mAh/g以上的碳负极来说，正极材料的低能量密度已成为进一步提高锂离子电池能量密度的瓶颈，亟需开发更高容量的新型正极材料。美国能源部对下一代锂离子动力电池的能量密度要求达到300 Wh/kg，几乎是目前实际应用的锂离子电池能量密度的2倍以上。正极材料是锂离子电池技术的核心和关键，决定了锂离子电池的性能和成本。
本报告将新型非经典结晶理论与方法应用于正极材料制备和组装过程。基于温度场、压力场、溶剂场等改变金属离子溶剂化效应，建立面向应用的高能量密度锂离子电池正极材料设计方法与规模化制备新技术。本报告着重从提升正极材料的比容量和工作电压两方面介绍高镍三元材料、富锂锰基材料和高电位镍锰酸锂等高比能量正极材料的介尺度结构设计、制备与性能调控研发进展，为将它们应用于下一代锂离子电池提供理论基础与实验依据。
