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。
磷酸錳鋰結構及性能
LiMnPO4正極材料的晶體結構
LiMnPO4屬于橄欖石型結構，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LiFePO4提高約20%，達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
橄欖石結構的LiMnPO4存在一些固有缺陷制約著其發(fā)展和應用。表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）材料的離子電導率和電子電導率都非常低，導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，生成產(chǎn)物Li4P2O7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效應影響，晶體結構從八面體變成立方相，壓縮鋰脫嵌通道，造成結構上的不可逆變化；
（4）部分錳離子發(fā)生歧化反應溶解在電解液中，導致材料循環(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)擴散路徑，增大電極反應面積，從而提高材料的宏觀鋰離子電導率；
（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)定晶體結構，提高離子/電子電導率，從而提高材料的循環(huán)和倍率性能；
（4）表面包覆，通過在材料表面復合導電碳、金屬氧化物層等，提高材料的離子/電子電導率，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)化技術研發(fā)及其高能動力電池應用示范”項目驗收
2017年，中國科學院寧波材料技術與工程研究所承擔的中科院科技服務網(wǎng)絡計劃(STS)“新一代磷酸錳鋰正極材料產(chǎn)業(yè)化技術研發(fā)及其高能動力電池應用示范”項目驗收。
研究團隊針對電動汽車發(fā)展對先進動力電池的重大需求，開展了磷酸錳鋰復合三元材料動力電池新體系及關鍵材料的系統(tǒng)性研究，突破了高性能磷酸錳鋰正極材料規(guī)�；苽涞年P鍵技術，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)用戶認可；研制出能量密度219Wh/kg的10Ah磷酸錳鋰－三元材料復合動力電池，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－三元材料復合動力電池，并進行了車載實驗。該項目的實施，為后續(xù)解決年產(chǎn)千噸級生產(chǎn)線的工藝技術問題，實現(xiàn)磷酸錳鋰大規(guī)模生產(chǎn)奠定了基礎。
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展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
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