２、錳酸鋰（LiMn2O4）

錳酸鋰電池是指以錳酸鋰為負(fù)極材料的電池。其標(biāo)稱電壓為3.7V。是目前主流的動(dòng)力電池。這種電池具有普通的能量密度和循環(huán)壽命。環(huán)保，無(wú)專利限制。但錳酸鋰不是很穩(wěn)定，容易分解氣體，可能導(dǎo)致溶脹，高溫性能差。

錳酸鋰，化學(xué)式為L(zhǎng)iMn2O4（LCM），是一種很有前景的鋰離子負(fù)極材料。與鈷酸鋰等傳統(tǒng)負(fù)極材料相比，錳酸鋰資源豐富、成本低、無(wú)污染、安全性好、倍率性能好。是一種理想的動(dòng)力電池負(fù)極材料。

錳酸鋰傾向于尖晶石型。LiMn2O4尖晶石錳酸鋰是Hunter于1981年制造的第一種具有3D鋰離子通道的負(fù)極材料，至今已受到國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和研究人員的關(guān)注。作為電極材料，它具有價(jià)格低、潛力大、環(huán)境友好、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，是替代LiCoO2最有前途的新一代鋰離子電池負(fù)極材料。

LMO 電池正極

錳酸鋰的主要成分是尖晶石型錳酸鋰和層狀結(jié)構(gòu)的錳酸鋰。尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰模型屬于立方晶系，是一種Fd3m空間群。目前，高容量錳酸鋰負(fù)極材料結(jié)構(gòu)合理。鋰離子可以輕松可逆地脫離尖晶石晶格，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)相對(duì)安全，不存在結(jié)構(gòu)坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)品的安全性得到保障。

1、層狀結(jié)構(gòu)LiMnO2的理論容量為285mA·h/g，電壓平臺(tái)為4V。層狀結(jié)構(gòu)難以合成且不穩(wěn)定。易生成尖晶石結(jié)構(gòu)Li2Mn2O4，導(dǎo)致電壓平臺(tái)下降、穩(wěn)定性差和不可逆容量衰減。

2、高壓尖晶石LiMn2O4理論容量148mA·h/g，電壓平臺(tái)4.15。其高溫性能較差，55℃以上容量衰減嚴(yán)重。容易產(chǎn)生尖晶石結(jié)構(gòu)的Li2Mn2O4，導(dǎo)致電壓平臺(tái)下降、穩(wěn)定性差、容量衰減不可逆等問(wèn)題，這就是目前工業(yè)上使用的錳酸鋰氧化物。

3.尖晶石Li2Mn2O4電壓低3V，容量低，循環(huán)不良。人們正在研究如何避免這些問(wèn)題。

LMO 電池組成

錳酸鋰電池是以錳酸鋰為陽(yáng)極，石墨為陰極，以LiPF6有機(jī)溶液為電解液的鋰離子電池。其標(biāo)稱電壓為3.7V。鋁殼包裝錳酸鋰電池結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖4：錳酸鋰電池 錳酸鋰陰極結(jié)晶形成具有在化成后成型的三維骨架結(jié)構(gòu)。尖晶石提供低電阻，但比能量低于鈷酸鋰。

錳酸鋰的容量大約比鈷酸鋰低三分之一。設(shè)計(jì)靈活性使工程師能夠選擇最大限度地延長(zhǎng)電池的使用壽命，或者提高最大負(fù)載電流（比功率）或容量（比能）。例如，18650電池的長(zhǎng)壽命版本只有1,100mAh的適中容量; 高容量版本則達(dá)到1,500mAh。

圖5顯示了典型錳酸鋰電池的蜘蛛圖。這些特性參數(shù)似乎不太理想，但新設(shè)計(jì)在功率，安全性和壽命方面有所改進(jìn)。純錳酸鋰電池今天不再普遍; 它們只在特殊情況下應(yīng)用。

錳酸鋰具有倍率性能好、制備容易、成本低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是錳的溶解導(dǎo)致高溫性能和循環(huán)性能較差。通過(guò)摻雜鋁和燒結(jié)造粒，高溫性能和循環(huán)性能大大提高，基本可以滿足實(shí)際使用?？偟膩?lái)說(shuō)，錳酸鋰電池成本低，穩(wěn)定性好，低溫性能好，但高溫性能較差，衰減稍快。

負(fù)極材料成本低，安全性好，低溫性能好，但材料本身穩(wěn)定性較差，易分解產(chǎn)生氣體，因此傾向于與其他材料混合，以降低成本的電池。但循環(huán)壽命衰減較快，容易出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。其高溫性能較差，循環(huán)壽命較短。主要用于大中型電池、動(dòng)力電池。標(biāo)稱電壓為 3.7 V。

錳酸鋰是一種很有前景的鋰離子負(fù)極材料。與鈷酸鋰等傳統(tǒng)負(fù)極材料相比，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無(wú)污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)。是動(dòng)力電池的理想負(fù)極材料。因此，鋰電池電極材料，尤其是新一代錳酸鋰負(fù)極材料，在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池市場(chǎng)潛力巨大。由于錳酸鋰價(jià)格低廉，資源豐富，比鈷酸鋰和鎳酸鋰更容易生產(chǎn)，這將使鋰離子電池進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)代。

由于錳酸鋰材料具有如此鮮明的特性，人們會(huì)利用其優(yōu)勢(shì)，避免其劣勢(shì)。因此，錳酸鋰電池應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，通常稱為A類和B類應(yīng)用。

A類是指動(dòng)力電池，注重安全性和回收性能。要求具有100~115mAh/g的可

錳酸鋰電池是陽(yáng)極使用錳酸鋰材料的電池。錳酸鋰電池標(biāo)稱電壓為2.5~4.2V。錳酸鋰電池因其成本低、安全性好而被廣泛使用。

錳酸鋰電池成本低、安全性好、低溫性能好，但材料本身穩(wěn)定性較差，易分解產(chǎn)生氣體，因此傾向于與其他材料配合使用，以減少電池的成本。但循環(huán)壽命衰減快，容易鼓包，高溫性能差，壽命較短。主要用于大中型電池和動(dòng)力電池。其標(biāo)稱電壓為3.7 V。

匯總表

表6：錳酸鋰氧化物的特性