长寿命锰酸锂锂离子电池(中英文)

1、2009.10长寿命锰酸锂锂离子电池长寿命锰酸锂锂离子电池Long life Lithium manganese oxide Li ion battery广州鸿森材料有限公司申国培研究背景 Research background能源危机 Energy crisis石油枯竭：现在已经探明的大概为1万1500亿桶。虽然这比前两年的估计数字增长了10%，但以目前的开采速度计算，地球上的石油储量只够满足全世界石油消费需要41年。据美国能源部门估计，今后20年内，世界石油还能供求平衡，但20年后就要面临缺油的局面。据美国华尔街日报最新的统计资料，按照目前的开采速度，世界原油2002年已探明储量还可以开采

2、40.6年。 加州技术学院的物理学者D古登斯坦在接受美国有线新闻网的财经杂志采访时说：“在未来的10到20年里可能会出现（石油短缺）。”他补充道：“或许，这种短缺已经开始了。” 环境污染 Environmental pollution 传统的化石燃料储量有限，面临枯竭；使用基本上是通过燃烧，燃烧会释放SO2、氮的氧化物NOx及CO2等大气污染物，造成酸雨和温室效应。 汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（ NOx ）、铅（Pb ）等。 Vehicles produce the main part of pollutant in atmosphere such

3、 as CO, hydrocarbon compounds, NOx, Pb and so on.身边的污染汽车 Pollution around usvehicles锂离子电池的优点 The advantages of lithium ion batteriesl比能量高 high power densityl工作电压高 high ratel自放电率低 low self discharge l循环寿命长 long cycle lifel无污染 low pollution l安全性能好 good safety characteristics 应 用 Applicationlmobile pho

4、neslElectric bicycleslPower toolslElectric toyslMining lamps, emergency lampslVacuum cleanerl锰资源丰富 abundant Mn resourcel价格低廉 low cost l环保 low pollution l安全 safetyl高倍率 high rateLiMn2O4的特点The advantages of lithium manganese oxide cathode不利因素Problems to be resolved:l比容量较低 relatively low energy density

5、l循环寿命较短 short cycle lifel高温充放电循环过程中容量衰减快 significant capacity fading under high temperatureMn溶解的发生Mn dissolution occurrencexexLiOMnLiOMnLixyy421421充电充电Charge：放电时正好相反。Discharge is just opposite.LiMn2O4 示意图Schematic diagram of LiMn2O4改进措施 Improvementl正极 Cathode 表面包覆 Surface coating添加金属离子Element doping

6、(for example, Ni、Fe、Co、Al、Si、Ti、Mo、La、Bi、Nb、Zn、Cr and so on)引入晶粒生长促进剂和界面能调节剂 Adding crystal growth accelerant and interfacial energy regulatorl电解液 Electrolyte solution不同功能添加剂 Functional additives l负极 Anode 合金与碳相混合 Alloy anodes mixed with carbonXRD XRD patterns of Modified LiMn2O4 and LiMn2O4 SEMSEM

7、graph of LiMn2O4SEM graph of doped LiMn2O4SEM graph of coated LiMn2O4锰酸锂高温（锰酸锂高温（60）溶解试验）溶解试验LiMn2O4 high temperature( 60 ) dissolution experiment 锰酸锂类型锰酸锂类型电解液中溶解电解液中溶解Mn的含量的含量（g/mL）LiMn2O4257.69Modified LiMn2O4144.50电解液 Electrolyte 电解液是锂离子电池的重要组成部分，它与正负极材料的相容性好坏，对电池性能有很大的影响。 Electrolyte is the mai

8、n part of lithium ion batteries, and its compatibility with cathode or anode materials has greatly influenced on the battery performance. 与电解质相容性影响因素包括：正极表面膜的稳定性、电解液组分的氧化分解和LiMn2O4在电解液中溶解。 l电解液组分氧化：Electrolyte oxidation O3H3CO3O(DMC)CHOCOCH222323lLiMn2O4高温分解： LiMn2O4 decomposition at high temperatur

9、e 4223242xOxLiMnO2x1Ox)Mn(1OMnLilLiMn2O4在电解液中溶解： LiMn2O4 dissolution in electrolyte xElxMnOMnLixEl3xLiOLiMn24x23x142l痕量酸作用下，LiMn2O4发生歧化反应：The disproportion reaction of LiMn2O4 in trace amount acidsO2HMnMnOLi4HOLiMn22242添加剂 Additives l控制HF含量添加剂: Additives for decreasing HF 可以降低HF的含量，阻止其对电极的破坏和对LiPF6分

10、解的催化作用，提高电解液的稳定性，从而改善电池性能。 乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等胺类化合物、N,N-二环己基碳化二亚胺、N,N-二异丙基碳化二亚胺等碳化二亚胺、吡啶、六甲基磷酰胺 l正极成膜添加剂 : Membrane-forming additives 在活性物质表面发生了氧化和电聚合反应，形成覆盖在电极表面的导Li性和导电性薄膜。 联苯(BP)、二苄(DBZ)、N-甲基吡咯(MPL)、噻吩（TPN）等，如芳香族化合物（BP, DBI, DPE等）LiMn2O4在改性电解液中的电化学性能 Electrochemical performance of LiMn2O4

11、in modified electrolyte0100200300400500020406080100120Capacity (mAh/g)LiMn2O4in normal electrolyte44.49%LiMn2O4 in modified electrolyte 66.81%Cycle numberRT Discharge curves of LiMn2O4 in modified electrolyte and normal eletrolyte改性LiMn2O4的倍率放电特性 Rate discharge property of modified LiMn2O40204060801

12、002.83.23.64.04.4Modified LiMn2O415C10C5C Voltage (V)Capacity (mAhg-1)10C5C1C82%59%2.83.23.64.015C 1CLiMn2O4Discharge profiles of LiMn2O4/graphite and Modified LiMn2O4/graphite Li-ion batteries at various discharging rates between 3.0-4.2V; charge rate is fixed at 1C020040060080010001200020406080100

13、120 Capacity retention rate / %Cycle number92%10C/10CCyclic performance of Modified LiMn2O4/C Li-ion batteries at 10C（ 3.0-4.2 V）Cyclic performance of Modified LiMn2O4/C Li-ion batteries （3.0-4.2V） 050010001500200025003000020406080100120 3000cycles-80% 5C charge/10C dischargeCycle numberCapacity ret

14、ention rate / % 0100020003000400050006000020406080100Capacity retention rate / %Cycle number5000cycles-64.5%5C charge/10C discharge Cyclic performance of Modified LiMn2O4/C Li-ion batteries （3.0-4.2V） 02000400060008000020406080100120 Cycle numberCapacity retention rate / % 5C charge/10C discharge800

15、0 cycles-40% Cyclic performance of Modified LiMn2O4/C Li-ion batteries （3.0-4.2V） 改性LiMn2O4的高温循环性能Electrochemical performance of modified LiMn2O4 at high temperature 050100150200250300350020406080100Capacity mAh/gCycle number317 cycles, 81.1% 55 OC The high-temperature performance of Modified LiMn2O

16、4/C Li-ion batteries at 1 C charge/discharge rate in 3.0-4.2 V0100200300400500020406080100504cycles, 70.7% 55 OCCycle numberCapacity mAh/g The high-temperature performance of Modified LiMn2O4/C Li-ion batteries at 1 C charge/discharge rate in 3.0-4.2 V0100200300400500600700800020406080100728 cycles,

17、62.3% 55 OCCapacity mAh/gCycle number The cyclic performance of Modified LiMn2O4/C Li-ion batteries at 1 C charge/discharge rate in 3.0-4.2 V负极 Anodel锡基合金（合金碳包覆）材料 Tin-based alloyl硅基材料 Si-based materials l钛基材料 Ti-based materials 展望 Prospect 基于以上改进，锰酸锂为正极材料的锂离子电池具备成本低、安全性高、倍率特性好、循环寿命长等优点，随着锰酸锂材料和电池技术的不断改进、优化，我们相信锰酸锂完全可以应用到电动汽车用锂离子动力电池和大型的储能电池中！ We believe that lithium manganese oxide would be applied in lithium ion b