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锂离子电池有多种类型，不同类型的电池使用不同的正极材料，从而导致差异化。本文将介绍锂锰氧化物正极材料的优点、缺点和应用，以及主要的制备方法。

 

锂锰氧化物电池

什么是锂锰氧化物

锂锰氧化物的化学式为LiMn2O4，具有立方尖晶石晶体结构，在空间中包含三个锂离子传输通道。因此，与其他正极材料相比，锂锰氧化物正极材料具有更高的离子扩散速率，并且适合于需要高速充电的锂离子电池。锂锰氧化物是一种比较有前途的锂离子正极材料。尖晶石型锂锰氧化物属于立方晶系，Fd3m空间群，理论比容量为148mAh/g。由于三维隧道结构，锂离子可以从尖晶石晶格中可逆地脱嵌，而不会导致结构坍塌，从而产生优异的倍率能力和稳定性。

 

锂锰氧化物的作用

主要用于制造手机、笔记本电脑等便携式电子设备的锂离子电池作为正极材料。锂锰氧化物的主要用途是新能源电池，其他用途包括电动工具、电动玩具和其他需要移动的储能工具。用于气动工具、医疗设备、混合动力和新能源汽车的锂锰氧化物离子电池备件。

 

 

锂锰氧化物的优点和缺点

锂锰氧化物据说是一种尖晶石结构，指的是其应用于锂电池的晶体形状。当锂锰氧化物不应用于锂电池时，也存在层状结构。相对而言，尖晶石结构比层状结构更稳定（尽管基于化学性质，似乎也可以考虑几何结构中不同形状的稳定性），因此尖晶石结构仍在实际应用中使用。除了锂锰氧化物，锂钴氧化物和三元锂电池正极也具有尖晶石结构，但锂锰氧化物的尖晶石结构与其两种对应物相比非常独特。

 

优点：

● 锰储量丰富，可以大大降低电池成本，有利于大规模工业化生产和应用；

● 采用LiMn2O4正极制成的电池安全，即使没有保护电路，也能抵抗过充放电；倍率性能好，耐低温。

● 锰无毒无污染，解决其回收问题在原电池方面积累了丰富的经验，因此使用LiMn2O4正极材料有利于环境保护。

 

缺点：

材料本身不稳定，需要与其他材料混合，高温性能差，循环性能差，衰减快。

锂锰氧化物的这些缺点源于锰的性质。然而，由于锰的广泛存在，它具有明显的成本优势。

 

 

锂锰氧化物的主要制备方法

锂锰氧化物目前有六种制备方法，分为高温固相法、熔融浸渍法、微波合成法、水热合成法、共沉淀法和溶胶-凝胶法。

其中，目前市场上主要的锂锰氧化物有AB两种，A型是指用于动力电池的材料，其特性主要考虑安全性和可回收性。B类是指手机电池的替代品，其主要特点是高容量。

① 高温固相法的基本工艺流程是：混合→ 烘烤→ 研磨→ 筛选→ 产品固相法具有操作过程简单、批量生产、成本低的优点。

② 熔融浸渍法是指用固态法制备尖晶石型锂锰氧化物的一种较好的方法。

可以获得电化学性能优异的阳极材料，但由于操作复杂、条件恶劣，不利于工业化。

③ 微波合成法与传统的高温固相法在材料合成方面有着明显的不同。该方法用于制备具有优异电化学性能的材料，并且可以大大缩短合成反应时间。

④ 水热合成锂离子电池正极材料LiMn2O4是通过水热合成合成的，晶体结构稳定，结晶状态均匀，因此合成的材料具有优异的物理和电化学性能。

⑤ 共沉淀法制备的锂离子电池材料不仅具有较高的电化学容量和较长的循环寿命，而且具有工艺简单、操作简便、反应速度快的优点。

⑥ 溶胶-凝胶法实际上是共沉淀法的一个分支。所制备的LiMn2O4具有优异的物理和电化学性能，但由于成本高等问题，不利于工业化生产。

 

 

锂锰氧化物与其他锂电池材料

与钴酸锂等传统正极材料相比，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点。它是一种理想的动力电池正极材料，但其循环性能和电化学稳定性较差，极大地限制了其工业化。其次，与三元锂电池/磷酸铁锂电池相比，锂锰氧化物电池具有更便宜的优势。暂时的问题是周期的数量。他有几个超级蓬勃发展的应用场景。

电动两轮车的使用环境比汽车更恶劣，涉水和碰撞的概率比汽车高。从经济角度考虑，电池组的成本不应该太高。与三元锂材料相比，锂锰氧化物更便宜、更安全。与铁锂材料相比，锂锰氧化物在冬季低温条件下不会那么容易断电，充电性能保持不变。但现在有磷酸铁锂电池用于低温，但成本也很高。最终，锂锰氧化物成为了不错的选择之一。据统计，锂锰氧化物电池在两轮车锂电池中的份额19年为42%，20年为45%，21年为56%。

 

锂锰氧化物的发展前景

据统计，在我国目前的锰消费结构中，85%-90%用于钢铁行业，约5%-10%用于电池行业和化工行业。近年来，新材料、电动汽车等绿色制造业的快速发展，将为电解二氧化锰、锰酸锂、高纯硫酸锰等正极材料提供广阔的市场。

中国正极材料出货量为51万吨，其中锰酸锂出货量为6.6万吨，占比13%。尽管上半年受疫情影响，对低端数字电池的需求和对其他国家的出口有所减少，但疫情期间开始爆发的电动两轮车电池需求支撑了锰酸锂市场。

中国锰酸锂产量达到9.29万吨，同比增长21.6%，预计将达到10.9万吨。目前，中国锰酸锂正极材料公司在锂锰氧化物行业有40多家，90%的产能普遍在万吨以下。龙头企业短缺，行业整合指日可待。