长寿命锰酸锂锂离子电池(中英文)

2009.10长寿命锰酸锂锂离子电池

LonglifeLithiummanganeseoxideLiionbattery研究背景Researchbackground能源危机Energycrisis

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Environmentalpollution

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。

VehiclesproducethemainpartofpollutantinatmospheresuchasCO,hydrocarboncompounds,NOx,Pbandsoon.身边的污染——汽车

Pollutionaroundus—vehicles锂离子电池的优点

Theadvantagesoflithiumionbatteries比能量高highpowerdensity工作电压高highrate自放电率低lowselfdischarge

循环寿命长longcyclelife无污染lowpollution

安全性能好goodsafetycharacteristics

应用ApplicationmobilephonesElectricbicyclesPowertoolsElectrictoysMininglamps,emergencylampsVacuumcleaner锰资源丰富

abundantMnresource价格低廉lowcost

环保lowpollution

安全safety高倍率highrateLiMn2O4的特点

Theadvantagesoflithiummanganeseoxidecathode不利因素Problemstoberesolved:比容量较低

relativelylowenergydensity循环寿命较短shortcyclelife高温充放电循环过程中容量衰减快

significantcapacityfadingunderhightemperatureMn溶解的发生Mndissolutionoccurrence

充电Charge：放电时正好相反。Dischargeisjustopposite.LiMn2O4

示意图SchematicdiagramofLiMn2O4改进措施Improvement正极Cathode

表面包覆Surfacecoating添加金属离子Elementdoping(forexample,Ni、Fe、Co、Al、Si、Ti、Mo、La、Bi、Nb、Zn、Crandsoon)引入晶粒生长促进剂和界面能调节剂Addingcrystalgrowthaccelerantandinterfacialenergyregulator电解液Electrolytesolution不同功能添加剂Functionaladditives负极Anode合金与碳相混合AlloyanodesmixedwithcarbonXRDXRDpatternsofModifiedLiMn2O4andLiMn2O4

SEMSEMgraphofLiMn2O4SEMgraphofdopedLiMn2O4SEMgraphofcoatedLiMn2O4锰酸锂高温（60℃）溶解试验

LiMn2O4hightemperature(60℃)dissolutionexperiment

锰酸锂类型电解液中溶解Mn的含量（μg/mL）LiMn2O4257.69ModifiedLiMn2O4144.50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。

Electrolyteisthemainpartoflithiumionbatteries,anditscompatibilitywithcathodeoranodematerialshasgreatlyinfluencedonthebatteryperformance.

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。电解液组分氧化：Electrolyteoxidation

LiMn2O4高温分解：

LiMn2O4decompositionathightemperature

LiMn2O4在电解液中溶解：

LiMn2O4dissolutioninelectrolyte

痕量酸作用下，LiMn2O4发生歧化反应：ThedisproportionreactionofLiMn2O4intraceamountacids添加剂Additives

控制HF含量添加剂:AdditivesfordecreasingHF

可以降低HF的含量，阻止其对电极的破坏和对LiPF6分解的催化作用，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

正极成膜添加剂:Membrane-formingadditives

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

ElectrochemicalperformanceofLiMn2O4inmodifiedelectrolyteDischargecurvesofLiMn2O4inmodifiedelectrolyteandnormaleletrolyte改性LiMn2O4的倍率放电特性

RatedischargepropertyofmodifiedLiMn2O4DischargeprofilesofLiMn2O4/graphiteandModifiedLiMn2O4/graphiteLi-ionbatteriesatvariousdischargingratesbetween3.0-4.2V;chargerateisfixedat1CCyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat10C（3.0-4.2V）CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries

（3.0-4.2V）CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries

（3.0-4.2V）CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries

（3.0-4.2V）改性LiMn2O4的高温循环性能

ElectrochemicalperformanceofmodifiedLiMn2O4athightemperature

Thehigh-temperatureperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat1Ccharge/dischargeratein3.0-4.2VThehigh-temperatureperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat1Ccharge/dischargeratein3.0-4.2VThecyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat1Ccharge/dischargeratein3.0-4.2V负极Anode锡基合金（合金碳包覆）材料Tin-basedalloy硅基材料Si-basedmaterials

钛基材料Ti-basedmaterials

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