錳酸鋰電池和三元鋰電池優(yōu)缺點對比

　　錳酸鋰電池和三元鋰電池作為鋰電池家族的成員，都有各自的優(yōu)點和缺點。那么錳酸鋰電池與三元鋰電池哪個好？這個要從它們的原材料上去對比其制作成電池后的優(yōu)缺點來對比。

　　1、錳酸鋰電池的優(yōu)缺點

　　錳酸罐的優(yōu)點是倍率性能好，制備比較容易，成本較低。缺點是由于錳的溶解導(dǎo)致高溫性能和循環(huán)性能不佳，通過摻雜鋁和燒結(jié)造粒，高溫性能和循環(huán)引得到了很大的提高，基本上能夠滿足實際使用?？偟膩碚f，錳酸鋰電池成本低穩(wěn)定性強(qiáng)低溫性強(qiáng)，高溫性能較差，衰減稍快。

　　錳酸銀有三種：

　　（1）層狀錳酸鋰LiMnO2，理論容量285mA-h/g，電壓平臺4V。層狀結(jié)構(gòu)難合成，不穩(wěn)定，極易生成Li2Mn204尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。

　?。?）高壓尖晶石錳酸鋰LiMn204，理論容量148mA-h/g，電壓平臺4.15。高溫性能差，55℃以上容量衰減嚴(yán)重。也易生成Li2Mn204尖晶石結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致電壓平臺下降，穩(wěn)定性差，容量不可逆衰減等。工業(yè)上錳酸鯉目前用的是這種。

　?。?）尖晶石錳酸鋰Li2Mn2O4，電壓低（3V），客量低，循環(huán)差，都在研究如何避免這種東西產(chǎn)生。三元：為了解決層狀錳酸鋰的缺陷，通過摻雜金屬元素的方法，發(fā)明了Ni、Co（Al）取代猛的三元材料LiNiCoMnO2（LiNiCoAlO2），兼顧了鎳酸埋的高容量高電壓、錳酸鋰的高壓高安全性，鉆酸鋰的良好循環(huán)性，同時克服了錳酸鋰鎳酸鋰合成困難且不穩(wěn)定、鉆酸鋰成本高的缺點，成為了目前的主流正極材料。理論容量280mA-h/g，電壓2.7~4.2，現(xiàn)在實際做出來的容量在160mA-h/g左右。

　　正極使用錳酸鋰材料的電池。那么，錳酸鋰又是什么呢？它是以EMD（一種原材料，曾用作無汞堿錳電池專用材料）和碳酸鋰（亦為原料），配合相應(yīng)的添加物，經(jīng)過混料、燒結(jié)等步驟生產(chǎn)而成。

　　我們一說到活酸鋰，便說它是尖晶石結(jié)構(gòu)，這是指它應(yīng)用在鋰電池上的晶體形狀，當(dāng)錳酸鋰不應(yīng)用于鋰電池時，還有層狀結(jié)構(gòu)。相對來說，尖晶石結(jié)構(gòu)比層狀結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定（雖然基于化學(xué)特性，似乎也能想到幾何中不同形狀的穩(wěn)定性），因此實際應(yīng)用中目前還是采用尖晶石結(jié)構(gòu)。除了錳酸鋰，鉆酸鋰和三元鋰電池正極也都是尖晶石結(jié)構(gòu)，但錳酸鋰這種尖晶石結(jié)構(gòu)與它的這兩個同類相比性格非常鮮明，即：優(yōu)缺點均十分突出。其優(yōu)點是：耐低溫、倍率性能好、制備比較容易，缺點是：材料本身不穩(wěn)定，需配以其它材料混合使用、高溫性能差、循環(huán)性能差、衰減快。錳酸鋰的這些缺點由錳的特性而來。不過，由于錳的廣泛存在，使其具有明顯的成本優(yōu)勢。

　　因為錳酸鋰材料是有如此鮮明的特點，所以，人們便利用其優(yōu)點、抑制其缺點，使話酸鋰電池應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，通常稱為A類與B類兩個應(yīng)用。A類是指用于動力電池，重點考慮安全與循環(huán)性能，要求是可逆容量100~115mAh/g，500次循環(huán)后可保持80%容量。B類主要用于消費電子（手機(jī)類），其特點是高容量，一般要求是可逆容量在120mAh/g，但循環(huán)性能只要求經(jīng)過300~500次保持60%的容量。

　　2、三元鋰電池的優(yōu)缺點

　　三元電池，三元聚合物電池或是三元聚合物鋰電池等指的是三元鋰電池，那三元鋰電池是什么呢？這就要先說制造三元鋰電池用的三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/302了。

　　（1）三元鋰電池優(yōu)點：

　　三元鋰電池能量密度高，循環(huán)性能好于正常鉆酸鋰。目前，隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善，電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V，在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過鉆酸鋰電池水平。

　　LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料具有與LiCoO2相似的單一的基于六方晶系的a-NaFeO2型層狀巖鹽結(jié)構(gòu)，空間點群為R3m。鋰離子占據(jù)巖鹽結(jié)構(gòu)（111）面的3a位，過渡金屬離子占據(jù)3b位，氧離子占據(jù)6c位，每個過渡金屬原子由6個氧原子包圍形成MO6八面體結(jié)構(gòu)，而鋰離子嵌入過渡金屬原子與氧形成的Ni1/3Co1/3Mn1/3O層。因為二價鎳離子的半徑（0.069nm）與鋰離子的半徑（0.076nm）相接近，所以少量鎳離子可能會占據(jù)3a位，導(dǎo)致陽離子混合占位情況的出現(xiàn)，而這種混合占位使得材料的電化學(xué)性能變差。通常在XRD中，將（003）/（104）峰的強(qiáng)度比以及（006）/（012）和（018）/（110）峰的分裂程度作為陽離子混合占位情況的標(biāo)志。一般情況下，（003）/（104）峰的強(qiáng)度比高于1.2，且（006）/（012）和（018）/（110）峰出現(xiàn)明顯分裂時，層狀結(jié)構(gòu)明顯，材料的電化學(xué)性能優(yōu)良。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的晶胞參數(shù)a=2.8622A、c=14.2278A。在晶格中鎳、鉆、錳分別以+2、+3、+4價存在，同時也存在少量的Ni3+和Mn3+，在充放電過程中，除了有Co3+/4+的電子轉(zhuǎn)移外，還存在Ni2+/3+和Ni3+的電子轉(zhuǎn)移，這也使得材料具有了更高的比容量。Mn4+只是作為一種結(jié)構(gòu)物質(zhì)而不參與氧化還原反應(yīng)。Koyama等提出2個描述LiNi1sCou3Mnm3O2晶體結(jié)構(gòu)模型，即具有［v3xV3］R30°型超結(jié)構(gòu)［Ninaco1sMn1］層的復(fù)雜模型，晶胞參數(shù)a=4.904

　　A.c=13.884A.晶格形成能為-0.17eV和CoO2、NiO2和MnO2層有序堆積的簡單模型，晶格形成能為+0.06eV。因此，在合適的合成條件下，完全可以形成第一種模型，這種晶型在充放電過程中可以使晶格體積變化達(dá)到最小，能量有所降低，有利于晶格保持穩(wěn)定。

　　三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的電化學(xué)性能及熱穩(wěn)定性LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作為鋰離子電池正極材料，具有較高的鋰離子擴(kuò)散能力，理論容量達(dá)278mAh/g，在充電過程中，在3.6V～4.6V之間有兩個平臺，一個在3.8V左右，另一個在4.5V左右，主要歸因于Ni2+/Ni4+和Co3+/Co4+的2個電對，且容量可達(dá)250mAh/s為理論容量的91%。在2.3V~4.6V電壓范圍內(nèi)，放電比容量為190mAh/g，100次循環(huán)后，可逆比容量比190mAh/g還要多。在2.8V～4.3V、2.8V~4.4V和2.8V~4.5V電位范圍內(nèi)進(jìn)行電性能測試，放電比容量分別為159mAh/g、168mAh/g和177mAh/g且在不同溫度下（55℃、75℃、95℃）和不同倍率放電時充放電，材料的結(jié)構(gòu)變化均較小，具有良好的穩(wěn)定性，高溫性能良好，但低溫性能有待改進(jìn)。

　　鋰離子電池的安全性一直都是商業(yè)化的一個重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，在充電狀態(tài)下與電解液的熱效應(yīng)是正極材料是否適用于鋰離子電池的關(guān)鍵。

　　DSC測試結(jié)果表明，充電后的LiNi1gCo1gMn1/3O2在250~350℃未發(fā)現(xiàn)尖峰，LiCoO2在160℃和210℃有2個放熱尖峰，LiNiO2在210℃有一個放熱尖峰。三元材料在這個溫度范圍內(nèi)也有一些放熱和吸熱反應(yīng)，但反應(yīng)要溫和得多。

　　（2）三元鋰電池缺點：

　　三元材料動力鋰電池主要有鎳鉆鋁酸鋰電池、鎳鉆錳酸鋰電池等，高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫安全性差，且pH值過高易使單體脹氣，進(jìn)而引發(fā)故障，現(xiàn)時條件下造價也不低。