硫酸锰是酸还是碱,硫酸锰是碱性还是酸性

首页 > 上门服务 > 作者:YD1662023-12-27 02:20:45

通过碳包覆等材料改性技术,LMFP 的产业化进程加速。由于 LMP 材料的电子电导 率(<10-10 S/cm)和离子迁移率(<10-16 cm2s -1)均低于 LFP,因此含有锰元素的 LMFP 材料的放电比容量和倍率性能较差。在过去二十年间,通过元素掺杂、表面涂覆、材料复 合等方式,LMP 和 LMFP 正极材料的电导率问题得到了有效改善。增强 LMFP 导电性能 的办法有:(1)掺杂其他元素,如 Mg、Zr、Co 等,改善离子传输性能;(2)在电极材料 表面涂覆碳等涂层,提高颗粒之间的导电性;(3)优化合成方法,制备纳米级别的 LMFP 材料来缩短 Li 的迁移距离等;(4)与其他正极材料制备复合电极等。

磷酸锰铁锂与其他正极材料混用其产业化的重要方向。得益于高电压的突出优势,磷 酸锰铁锂材料除了单独使用外,还可以与现有的正极材料进行混掺,发展出丰富多样的应 用场景。例如将磷酸锰铁锂和三元材料进行混掺,材料不仅具备更好的循环性能和安全性, 成本也能得到下降。磷酸锰铁锂和锰酸锂的混掺更是使得锰酸锂重新适用于车用动力电池 材料。磷酸锰铁锂与其他正极材料的混掺使用使得其产业化进程在各类锰基正极材料中具 备领先性,也拓宽了材料的应用场景。

硫酸锰是酸还是碱,硫酸锰是碱性还是酸性(5)

国内多家企业布局磷酸锰铁锂材料,德方纳米进度领先。德方纳米在 2021 年和 2022 年与云南省曲靖经开区管委会分别签订了新建年产 10 万吨和年产 33 万吨新型磷酸盐系正 极材料生产基地项目的投资协议,总投资约 100 亿。鹏欣资源参股公司江苏力泰现有 2000 吨 LMFP 生产线,2020 年起已向客户小规模销售 LMFP 产品。除此之外,当升科技、光 华科技、百川股份等公司均布局了 LMFP 材料的研发生产。

尖晶石型锰酸锂正极材料

尖晶石正极材料包括锰酸锂(LiMn2O4,LMO)和镍锰酸锂(LNMO)两种,均属于 立方尖晶石结构。根据《锂离子电池高电压正极材料镍锰酸锂的第一性原理研究》(陈宇 阳)分析,LMO 中 Mn 的平均价态为 3.5 价,实际上为等比例的 3 价与 4 价,其充放电 活性便是 Mn3 /Mn4 氧化还原电对的贡献。目前 LMO 已在锂电池领域得到广泛的应用,根 据中国有色金属工业协会锂业分会的统计,2021 年 LMO 材料出货量达到 11.1 万吨,占 中国正极材料市场的市场份额为 10%。

硫酸锰是酸还是碱,硫酸锰是碱性还是酸性(6)

LMO 材料具有原料丰富、成本低、安全性高、制备工艺简单等优点。根据《锰酸锂 —石墨电池容量衰减过程及其调控方法的研究》(詹纯)分析,LMO 可通过碳酸锂(Li2CO3) 和二氧化锰(MnO2)通过高温固相法一步合成,步骤简单且工艺成熟。另外,LMO 的热 稳定性好,不存在 LiCoO2、LiNiO2 等材料受热分解并引发爆炸的安全问题。LMO 还具有 相对较高的工作电位(4.0 V),一定程度弥补其容量密度上的不足。

LMO 材料存在比容量较低和循环性能差的缺点。锰酸锂的比容量约为 120mAh/g,低 于目前成熟的三元材料。根据《锂离子正极材料尖晶石锰酸锂的掺杂及其表面包覆》(樊 学峰)分析,在电池循环过程中,固态的 Mn3 容易发生歧化反应,产生的 Mn2 溶解在电 解液中,造成电极材料的消耗。此外,LMO 的晶格结构在反应过程中会发生畸变,从而对 材料造成破坏。电解液中的氢氟酸杂质也会与 LMO 发生反应造成 Mn 元素的大量损失, 最终影响 LMO 材料循环后的电化学性能。

中国锰酸锂出货量逐年上升,多用于轻型动力领域。根据 EV Tank 调研统计, 2016-2021 年中国锰酸锂出货量逐年上升,年均复合增长率超过 30%,2021 年出货量达 11.1 万吨。由于锰酸锂比容量较低,多用于轻型动力领域。根据高工锂电数据,锰酸锂材 料是二轮车电芯市场出货量最大的锂电产品,2020 年市场份额达到 45%。

硫酸锰是酸还是碱,硫酸锰是碱性还是酸性(7)

尖晶石型镍锰酸锂正极材料

尖晶石型镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4,LNMO)可看做锰酸锂(LiMn2O4)中四分之一 的 Mn 被 Ni 取代而形成的。LNMO 中由于镍的引入,锰完全以 4 价的 Mn4 离子形式存在, 在充电到 4.3 V 时,Mn3 的平台完全消失;继续充电到 4.9 V 时,Ni2 可以氧化成 Ni3 再到 Ni4 ,在 4.7 V 时显现容量,因此 LNMO 具有高电压特性。

LNMO 材料结构稳定、具有高电压平台、高比能量密度和良好的循环性能。LNMO 材料通过用 Ni 取代了四分之一的 Mn 元素,因而获得了高工作电压的特性。而这种高电压特性恰好满足 了锂离子电池高比能量密度和高比功率密度的需求,同时 LNMO 也具有良好的循环可逆性, 因此其在大容量锂电池领域拥有良好的应用潜力。从原材料角度出发,由于不含价格昂贵 的钴元素,且镍元素的含量很低,因此相比于高比容量的三元材料,LNMO 具有更好的成 本优势。

LNMO 材料在高电压下电解液的分解和电极/电解液界面的副反应严重制约了其规模 化应用。由于 LNMO 的电位平台高达 4.7 V,已经超过了常规电解液 1~4.5 V 的稳定电势 窗口,会导致电解液的氧化分解。另一方面,LNMO 在充电态下会形成具有强氧化性的 Ni4 ,也会加剧电解液的氧化分解,并在电极/电解液界面形成阻碍锂离子脱嵌的界面膜, 造成电池性能的衰减。目前可采用元素掺杂、表面包覆等改性手段提升 LNMO 材料的电化 学性能,推动其进一步发展。

硫酸锰是酸还是碱,硫酸锰是碱性还是酸性(8)

上一页12345下一页

栏目热文

文档排行

本站推荐

Copyright © 2018 - 2021 www.yd166.com., All Rights Reserved.