近日，在工信部公示的第8批推薦目錄中，首次出現(xiàn)遨優(yōu)動(dòng)力的富鋰錳電池的身影，“率先實(shí)現(xiàn)富鋰錳的產(chǎn)業(yè)化”，可謂是目錄中的一批“黑馬”。

富鋰錳經(jīng)過(guò)多年的只聞樓梯響，到現(xiàn)在終于能夠看到裝車(chē)落地，殊為不易也值得業(yè)界鼓勵(lì)。據(jù)悉除遨優(yōu)外，江特機(jī)電、當(dāng)升、比亞迪、桑頓等，都有布局開(kāi)發(fā)，期待能夠在下一代電池正極材料的研發(fā)和應(yīng)用上占得先機(jī)。

富鋰錳能夠被眾多企業(yè)看好，必有其優(yōu)勢(shì)所在。首先我們還是正面解讀一下：什么是富鋰錳材料，它到底有什么優(yōu)點(diǎn)?

什么是富鋰錳?

富鋰錳基正極材料，分子式xLi2MnO3？(1-x)LiMO2(0

富鋰錳的優(yōu)點(diǎn)

高比能量(最主要的)、低成本(不含鈷或少量鈷)。

高克容量(200-300mAh/g)和工作電壓高(>4.5V)，所以具有亮眼的能量密度。富鋰錳基材料與當(dāng)前動(dòng)力電池主流正極材料的克容量和能量密度對(duì)比(表1)。同時(shí)Mn元素比例的提高同時(shí)減少了Co的含量，降低了材料價(jià)格，且對(duì)環(huán)境友好。

富鋰錳的缺點(diǎn)

1)機(jī)理上：

材料的脫嵌鋰機(jī)制尚存在缺陷，首次庫(kù)侖效率較低(圖2);機(jī)理上的問(wèn)題前面有提到過(guò)，尚未完全清晰，故暫不贅述。

2)安全問(wèn)題：

在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中伴隨著氧氣的釋放，會(huì)帶來(lái)安全性問(wèn)題;氧氣釋放和循環(huán)過(guò)程中過(guò)渡金屬離子平均價(jià)態(tài)持續(xù)降低是導(dǎo)致電壓衰減的根源;這又會(huì)牽涉到我們下一個(gè)要談到的更重要的問(wèn)題。釋氧問(wèn)題，從材料的角度而言小編相信是可以得到解決的。

3)電壓衰減

電壓的衰減被認(rèn)為是該材料最難解決的問(wèn)題，所以我們著重談?wù)劇?/p>

富鋰錳基正極材料在循環(huán)過(guò)程中，由于材料充電后會(huì)形成晶格缺陷和元素元素價(jià)態(tài)變化，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性存在嚴(yán)重不足。目前認(rèn)為“層到尖晶石相變”是電壓衰減的主要原因之一(圖3)。由于層狀和尖晶石相的不同之處在于鋰和過(guò)渡金屬陽(yáng)離子如何排列在每個(gè)金屬層中，因此層到尖晶石結(jié)構(gòu)的相變表明過(guò)渡金屬遷移必須參與該相變過(guò)程。

另外還主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

①多次循環(huán)后材料的放電容量衰減;

②多次循環(huán)后材料的充放電電壓下降。

而一般富鋰錳使用二次顆粒球狀結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)表面包覆TiO2、Al2O3、Er2O3減小材料與電解液的接觸面積，減少界面副反應(yīng)的發(fā)生，也可以減少氧氣的釋放抵制電壓誤差。不過(guò)小編之前測(cè)試發(fā)現(xiàn)，循環(huán)穩(wěn)定性有改善但也并不好，并且采用TiO2包覆的方式，SEI膜阻和電化學(xué)反應(yīng)電阻在循環(huán)過(guò)程中變化較大。另?yè)?jù)悉硼摻雜也可以改善循環(huán)。

4)高電壓電解液

高充電電壓4.5V易引起電解液分解，導(dǎo)致循環(huán)性能變差;同時(shí)倍率性能和低溫性能也有待提高;目前高電壓電解液配方也有一些較成熟的解決方案，小編相信電解液不會(huì)成為推廣的瓶頸。

5)一致性

當(dāng)前富鋰錳材料和電池的產(chǎn)量較小，尚不能保證每次合成過(guò)程中Li2MnO3組分相對(duì)含量的穩(wěn)定及其在材料微結(jié)構(gòu)中分布的穩(wěn)定性等。因此，探索新的制備方法，改進(jìn)工藝參數(shù)，對(duì)材料進(jìn)行摻雜、包覆和共混改性，進(jìn)一步提高正極材料的振實(shí)密度和電化學(xué)性能仍是今后的研究熱點(diǎn)。

從當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，使用更高比能量的電極材料，是提高電池能量密度的關(guān)鍵。而負(fù)極的比容量遠(yuǎn)大于正極，因此新一代高容量正極材料又成為制約整個(gè)體系能量密度提升的瓶頸。富鋰錳的優(yōu)勢(shì)在于高容量和低成本，毫無(wú)疑問(wèn)極具吸引力。而高電壓電解液和釋氧這塊，沒(méi)有不可逾越技術(shù)難題;但充放電過(guò)程電壓不斷衰減(這個(gè)最主要)以及材料的一致性問(wèn)題，相對(duì)比較棘手，需要從機(jī)理上和應(yīng)用端，繼續(xù)研究和摸索。

未來(lái)，政策和市場(chǎng)對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)能量密度繼續(xù)提升的已是大勢(shì)所趨，富鋰錳作為一條頗有前景但并不明朗的路線，值得業(yè)內(nèi)保持關(guān)注和跟進(jìn)，但研究和推廣之路任重而道遠(yuǎn)!