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锂锰电池正极材料是一种锂离子电池正极材料。近年来，全球新能源汽车市场渗透率快速增长，动力电池需求旺盛。与现阶段常见的锂离子电池正极材料相比，锂锰电池正极材料比容量高，电池寿命强，具有很大的发展潜力。

下一代新能源汽车锂离子电池正极材料。锂锰电池正极材料具有高放电比容量，是已知锂离子电池正极材料中放电比容量最高的产品之一。它远高于市场上常见的三元材料和磷酸铁锂正极材料。

而且，锂锰电池正极材料中钴和镍的含量仅为三元材料的30%左右，也可以不含钴，以进一步降低成本。其安全性能也高于三元材料电池，因此它已成为非常有潜力的锂离子电池下一代正极材料。

锂锰电池的正极材料由什么组成

锂锰电池正极材料具有放电比容量高、放电电压高、能量密度高、成本低、安全性高、循环寿命长等优点，未来市场潜力巨大。一些科学家对降低锂锰电池正极材料的第一次不可逆容量、循环过程中的电压衰减和氧气析出等关键问题进行了研究，并取得了一系列研究成果。

科学家总结了锂锰电池正极材料研究的最新进展，并从不同层面解释了锂锰蓄电池材料的特性和行为。我国锂锰电池正极材料技术研究不断深化，当现有瓶颈问题得到解决后，有望实现产业化发展。

锂锰电池材料为LiMnO·LiMO，这是一种基于LiMnO的复合正极材料（M通常为Ni、Co、Mn或Ni、Co和Mn的二元或三元层状材料）。与LiMnO4或纯层状LiMnO正极材料相比，此类材料具有更高的Li/M摩尔比，通常称为层状锂锰电池化合物。研究人员先后研究了LiMnO·LiCoO、Li2MnO·LiNiCoO、xLiMnO（1-x）LiNi.Mn.O、xLi MnO·（1-x）Li Ni/Co/Mn/O等不同的体系。

典型富锂材料的充放电

在锂锰电池材料的充电过程中，当第一充电电压小于4.5V时，它对应于层状材料LiMO的充电过程，而高于4.5V的充电平台表明了新的充电和放电机制，对应于LiMnO的充电过程。上面已经讨论了LiMO的充电机制，下面将主要讨论LiMnO的充电机制。

LiMnO的充电机制主要包括：氧解吸、质子交换和这两种机制的混合。根据氧提取的机理，在充电到4.5V以上后，LiMnO中的Li从晶格中逸出，而O离开宿主晶格并被氧化，这相当于LiO的提取并留下氧空位。

这包括电化学过程和化学过程两个步骤：电化学过程是LiMnO解吸Li并同时失去电子以生成中间态Mn。化学过程是随后从不稳定Mn中释放氧。质子交换机制认为LiMnO与从电解质中分解的H发生置换反应。一种观点是LiMnO中的氧离子没有从晶格中逸出。

锂锰电池正极材料研究进展

据介绍，LLOs是一种新型锂电池正极材料，可在阴离子和阳离子之间发生可逆的氧化还原反应，放电比容量远高于高压钴酸锂和高镍三元正极材料。密度锂电池，特别是全固态锂金属电池，具有巨大的应用潜力。目前，阴离子氧的氧化还原反应将导致LLO中产生非稳态O2P空穴和氧，严重降低电池稳定性、循环寿命和安全性能，成为制约高比能量和高安全性固态电池技术发展的瓶颈。

锂锰电池正极材料的能量密度

在已知的正极材料中，锂锰电池正极材料的放电比容量超过250mAh/g，几乎是商用正极材料实际容量的两倍；同时，该材料以更便宜的锰为主，贵金属含量较少，与常用的锂钴氧化物和镍钴锰三元正极材料相比，不仅成本低，而且安全性好。

因此，锂锰电池正极材料被视为下一代锂动力电池的理想选择，是锂电池突破400 Wh/kg，甚至500 Wh/kg的关键技术。富锂正极材料，如锂锰电池正极材料（xLi2MnO3（1–x）LiTMO2，TM=Ni、Mn、Co等），具有极高的理论比容量（>350 mAh/g）和可逆比容量（>250 mAh/g），被认为是下一代锂离子电池最有前途的正极材料之一。

其高容量的来源不仅是由过渡金属离子（通常为Ni2+/Ni4+、Co3+/Co4+、少量Mn3+/Mn4+）组成的氧化还原偶，而且是独特的阴离子氧化还原偶（O2-/O-/O2）。此外，锂锰电池正极材料减少了昂贵的钴和镍的用量，有效降低了生产成本。

锂锰电池正极材料的优势

首先，锂锰电池的过渡金属层含有锂，而三元锂等层状材料的过渡金属不含锂。第二，该结构相当于锂锰电池与锂锰氧化物和层状材料相结合。它以层状金属氧化物的形式呈现，并具有高放电比容量的固有优势。其理论数据可达300mAh/g以上。

与主流的200mAh/g三元锂相比，具有明显的优势。第三，锂锰电池材料在电压方面具有固有优势，额定电压为4.5V（最高4.7V-4.8V），而三元锂的额定电压为3.7V（最高4.2V-4.3V）。结合以上三点，锂锰蓄电池的正极材料长期以来一直是新一代正极材料的理想选择。此外，现阶段，锂锰电池原材料中镍和钴的含量远低于三元锂。

未来，它甚至可以不含钴，这成为无钴电池概念中的另一条电化学路线。与三元锂相比，在成本方面，锂正极材料减少了40%以上，并且在减少镍金属量后，电池的稳定性和安全性得到了根本保障。

 

锂锰电池的发展仍需时间

尽管锂锰电池正极材料在放电比容量方面具有绝对优势，但要将其应用于锂动力电池，必须解决以下关键技术问题：一是减少首次不可逆容量损失；另一个是提高速率性能和循环寿命。第三是抑制循环过程中的电压衰减。

目前，有许多方法可以解决这一材料问题：涂层、酸处理、掺杂、预循环、热处理以及液相或气相后处理都对提高锂锰电池材料的电化学性能有一定的作用，但不同的修饰不同方法产生的改善效果会有所不同。目前，单一的改性方法仍然无法从根本上解决锂锰电池材料面临的问题。

因此，有必要结合多种改性方法，开发新的结构（如单晶结构、复合结构、成分控制和梯度结构等）来解决锂锰电池材料面临的问题。此外，前驱体的结构和组成设计也非常重要。不仅需要考虑材料的容量，还需要考虑密度的增加，以实现容量和密度之间的“跷跷板”平衡。从下游电池厂和车厂的需求来看，无钴是未来的发展趋势。

今年，当升科技发布了一种新型锂锰电池材料，它解决了七个关键问题，并表现出高容量和循环稳定性。锂锰电池材料的成功应用还需要开发与之相匹配的稳定电解质系统，下游将共同努力，不断创新，实现双赢。

锂锰电池材料的新希望

基于非恒温烧结技术，有助于LLOs阴离子氧的稳定性，实现锂电池的优异循环性能还原反应，其放电比容量（≥280 mAh g-1）远高于高压钴酸锂和高镍三元正极材料。当其超过550 Wh kg-1时，具有很大的应用潜力。目前，由于阴离子氧的氧化还原反应，LLO将导致产生不稳定的O2p空穴和O2，这严重降低了电池的稳定性、循环寿命和安全性能，并已成为制约高比能量和高安全性固态电池技术发展的瓶颈问题。

此外，LLOs材料在全固态电池中快速性能退化的微观机制尚未探索。因此，开发创新的材料制备技术以解决其瓶颈问题，并探索先进的表征技术以澄清全固态锂锰电池性能退化微观机制的关键科学问题，是促进LLOs材料发展的重要前提。

传统的锂离子电池正极材料（如LiCoO2、LiFePO4、三元层状等）通过金属阳离子的氧化和还原实现化学储能，已经不能满足社会发展对电池高能量密度日益增长的需求。锂锰电池层状正极材料（富锂和富锰，LMR）插在材料中的两个LiTMO2（TM=Ni，Co，Mn）相和Li2MnO3相之间，其过渡金属层存储和脱嵌锂。

离子增加了锂存储容量，金属阳离子和氧阴离子的氧化还原可以同时使用，从而大大提高了正极材料的能量密度，但其在第一周内固有的不可逆容量损失和持续的电压衰减导致电池能量恒定。这种损失阻碍了这种材料的大规模工业应用。