富锂锰基PPT课件下载推荐.ppt

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我国已将新能源汽车列为我国七大战略性新兴产业技术之一。

v在混合动力汽车和纯电动汽车中，动力电池是电动汽车的核心部件。

动在混合动力汽车和纯电动汽车中，动力电池是电动汽车的核心部件。

动力电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，与铅酸电池和镍氢电力电池主要有铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，与铅酸电池和镍氢电池相比，锂离子电池有着比容量高、能量密度高（池相比，锂离子电池有着比容量高、能量密度高（300Wh/kg300Wh/kg）循环次数）循环次数多、无环境污染等优点，是未来电动汽车使用的主要动力电池。

多、无环境污染等优点，是未来电动汽车使用的主要动力电池。

v锂离子电池不仅主要给交通工具提供储能装置，例如纯电动汽车、混合锂离子电池不仅主要给交通工具提供储能装置，例如纯电动汽车、混合动力电动汽车和插电式电动汽车，而且作为便携电子产品能源供给的装动力电动汽车和插电式电动汽车，而且作为便携电子产品能源供给的装置。

当然，也作为其他能源（风能和太阳能等）的有效连续供电装置。

置。

因此，发展一种环保、安全可靠、可重复使用的大比容量锂离子电池显因此，发展一种环保、安全可靠、可重复使用的大比容量锂离子电池显得十分重要。

得十分重要。

1背景综述背景综述2005年，美国年，美国A123公司和公司和Valence公司在我国设厂生产公司在我国设厂生产LiFePO4动力电动力电池，几年后我国自主研发磷酸铁锂材料也达到了产业化水平；

然而，日池，几年后我国自主研发磷酸铁锂材料也达到了产业化水平；

然而，日本、韩国却把锰酸锂电池成功的应用到了电动汽车上，并且正逐步取代本、韩国却把锰酸锂电池成功的应用到了电动汽车上，并且正逐步取代镍氢电池，成为主流动力电池。

在磷酸铁锂的诞生地美国，通用电动汽镍氢电池，成为主流动力电池。

在磷酸铁锂的诞生地美国，通用电动汽车车Volt选择了韩国选择了韩国LG北美子公司的锰系动力电池，磷酸铁锂的龙头老大北美子公司的锰系动力电池，磷酸铁锂的龙头老大A123公司却意外落选，近期又传出美国第二大汽车公司福特汽车也在考公司却意外落选，近期又传出美国第二大汽车公司福特汽车也在考虑选择虑选择LG的锰系电池，也就是说代表磷酸铁锂先进水平的的锰系电池，也就是说代表磷酸铁锂先进水平的A123公司和公司和Valence公司的磷酸铁锂电池双双被排斥在美国主流汽车厂商电动车应用公司的磷酸铁锂电池双双被排斥在美国主流汽车厂商电动车应用之外。

之外。

有关资料对全球主要的大型动力锂电企业及其合作的整车厂商统计，有关资料对全球主要的大型动力锂电企业及其合作的整车厂商统计，“三元材料三元材料+锰酸锂锰酸锂”是目前汽车动力锂离子电池的主流技术路线，单独是目前汽车动力锂离子电池的主流技术路线，单独走磷酸铁锂路线的只有美国的走磷酸铁锂路线的只有美国的A123和中国的和中国的BYD。

从技术路线上看，日。

从技术路线上看，日韩企业基本以三元材料韩企业基本以三元材料+锰酸锂为主，美国的三家企业中，锰酸锂为主，美国的三家企业中，JohnsonControls-Saft和和EndDel也是三元材料也是三元材料+锰酸锂，磷酸铁锂路线的只有锰酸锂，磷酸铁锂路线的只有A123一家。

一家。

实际上，国内也有越来越多的人认识到磷酸铁锂的性能缺陷很难解实际上，国内也有越来越多的人认识到磷酸铁锂的性能缺陷很难解决，主要集中在；

磷酸铁锂产品一致性、低温性能、高倍率放电性能上，决，主要集中在；

磷酸铁锂产品一致性、低温性能、高倍率放电性能上，还有能量密度低、电池制作成本等问题。

还有能量密度低、电池制作成本等问题。

2A123A123执行长向布什总统介绍磷酸锂铁电池的电动车执行长向布什总统介绍磷酸锂铁电池的电动车创创办办人人之之一一蒋蒋业业明明vA123Systems于于2001年在麻年在麻省理工学院省理工学院（MIT）成立，成立，3位创办人之一是位创办人之一是MIT的材料的材料科学与工程学华人教授科学与工程学华人教授Yet-MingChiang（蒋业明蒋业明），1位位是是MIT的商业研究顾问的的商业研究顾问的RicFulop，另，另1位则是担任位则是担任技术长的康乃尔大学材料科技术长的康乃尔大学材料科学博士学博士BartRiley。

3lA123公司因在公司因在8月初与中国万向集团签订谅解备忘录遭遇许多阻力，决定终月初与中国万向集团签订谅解备忘录遭遇许多阻力，决定终止和万向的收购事宜，改与美国江森自控集团止和万向的收购事宜，改与美国江森自控集团（JohnsonControls,Inc.）达成一达成一项项1.25亿美元的资产收购协议。

虽然的倒下受到了政治因素影响，但电池技亿美元的资产收购协议。

虽然的倒下受到了政治因素影响，但电池技术上的不成熟、新能源车高居不下的成本、公共充电设施的缺乏、过早投入术上的不成熟、新能源车高居不下的成本、公共充电设施的缺乏、过早投入市场才是市场才是A123倒下的最根本原因，倒下的最根本原因，A123也由世界新能源汽车产业的也由世界新能源汽车产业的“先驱先驱”光荣地变成了先烈光荣地变成了先烈。

l在认识到磷酸铁锂并非理想的动力电池正极材料后，新一代固溶体类正极材在认识到磷酸铁锂并非理想的动力电池正极材料后，新一代固溶体类正极材料料Li2MnO3-LiMO2受到更加重视。

日本受到更加重视。

日本NEDO电动车动力电池发展规划中指电动车动力电池发展规划中指出，到出，到2020年功率型锂离子电池能量密度达到年功率型锂离子电池能量密度达到200Wh/kg,能量型能量密度达能量型能量密度达到到250Wh/kg。

美国。

美国Envia公司打算在公司打算在2014年实现固溶体类正极材料与年实现固溶体类正极材料与Si-C基基负极材料相结合的锂离子充电电池的实用化。

届时力争达到负极材料相结合的锂离子充电电池的实用化。

届时力争达到400Wh/kg的能的能量密度。

量密度。

lEnvia成立于成立于2007年年7月，一直在采用美国阿贡国家实验室（月，一直在采用美国阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）的固溶体类正极材料技术开发锂离子充电电池。

）的固溶体类正极材料技术开发锂离子充电电池。

2011年年1月美国通用汽车（月美国通用汽车（GeneralMotors）、日本的旭化成和旭硝子均向其进行）、日本的旭化成和旭硝子均向其进行了投资了投资。

背景综述背景综述4富锂锰基固溶体正极材料简介富锂锰基固溶体正极材料简介v富锂锰基固溶体正极材料用富锂锰基固溶体正极材料用xLiLi1/3Mn2/3O2（1x）LiMO2来表达，其来表达，其中中M为过渡金属为过渡金属（Mn、Ni、Co、Ni-Mn等等）。

部分研究者认为它由。

部分研究者认为它由Li2MnO3和和LiMO2两种层状材料的固溶体两种层状材料的固溶体,分子式也可写为分子式也可写为LiLix/3Mn2x/3-M（1x）O2。

通过优化后在。

通过优化后在2.0V-4.8V的放电比容量可超的放电比容量可超过过300mAh/g，能量密度达到，能量密度达到900Wh/kg。

v目前综合考虑性能和成本目前综合考虑性能和成本,M为为Ni-Mn和和Ni-Mn-Co较为理想。

最近几较为理想。

最近几年，鉴于钴价格高和环境污染，年，鉴于钴价格高和环境污染，Li-Ni-Mn-O系受到更多关注，有系受到更多关注，有LiNixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3O2和和LiNixLi1/3-x/3Mn2/3-2x/3O2两种结构式。

两种结构式。

5富锂锰基固溶体正极材料相图富锂锰基固溶体正极材料相图6发展现状发展现状v1999年，年，Johnson等人首先用等人首先用Li2MnO3来稳定来稳定LiMnO2,Ammundsen等人用等人用Li2MnO3来稳定来稳定LiCrO2,制备获得的制备获得的LiLi0.2Mn0.4Cr0.4O2在在2.54.5V范围内范围内,55下可稳定释放出约下可稳定释放出约200mAh/g的比容量。

的比容量。

vJohnson等将等将xLi2MnO3（1x）LiMO2首次充电分为两步首次充电分为两步,第一步第一步,当电当电压小于压小于4.5V时时,随着随着Li+的脱出的脱出,过渡金属离子发生氧化还原反应：

过渡金属离子发生氧化还原反应：

vxLi2MnO3（1x）LiMO2xLi2MnO3（1x）MO2+（1x）Liv第二步第二步,当电压高于当电压高于4.5V时时,锂层和过渡金属层共同脱锂层和过渡金属层共同脱Li+,同时锂层同时锂层两侧的氧也一起脱出两侧的氧也一起脱出,脱出了脱出了Li2O,其反应式可表示为其反应式可表示为:

vxLi2MnO3（1x）LiMO2xLiMnO3（1x）MO2+xLi2O7放电机理解释放电机理解释vWu等将富锂正极材料首次充电到等将富锂正极材料首次充电到4.5V以上时以上时,Li2O脱出脱出,但是在但是在放电过程只有部分放电过程只有部分Li+嵌入到材料中嵌入到材料中,因为充电过程中因为充电过程中Li2O从电极从电极材料中脱出后材料中脱出后,大量的金属离子从表面迁移至体相中占据大量的金属离子从表面迁移至体相中占据Li+和和O2留下的空位留下的空位,导致晶格中空位的消失导致晶格中空位的消失,而放电过程中而放电过程中Li+不能嵌入到不能嵌入到晶格中去晶格中去,从而导致较大的首次不可逆容量损失。

从而导致较大的首次不可逆容量损失。

vArmstrong等通过实验手段采用等通过实验手段采用DEMS证明了证明了LiNi0.2Li0.2Mn0.6O2材料在电压为材料在电压为4.5V下下,晶格晶格O2-伴随着伴随着Li+以以“Li2O”的形式从电极材的形式从电极材料中脱出料中脱出,同时为了电荷平衡同时为了电荷平衡,表面的过渡金属离子从表面迁移到表面的过渡金属离子从表面迁移到体相中占据锂离子脱出留下的空位。

从而导致脱出的体相中占据锂离子脱出留下的空位。

从而导致脱出的Li+不能全部不能全部回嵌至富锂材料的体相晶格中而导致首次不可逆容量损失。

回嵌至富锂材料的体相晶格中而导致首次不可逆容量损失。

8能量越高，电动车能量越高，电动车续航里程越远续航里程越远功率越高，电动车功率越高，电动车加速、爬坡性能越加速、爬坡性能越好好电动车的安全性的电动车的安全性的决定因素决定因素循环性越好，电动循环性越好，电动车寿命越长车寿命越长比能量高比能量高比功率大比功率大自放电少自放电少价格低廉价格低廉使用寿命长使用寿命长安全性好安全性好锂离子电池正极材料的要求锂离子电池正极材料的要求9存在问题v富锂正极材料富锂正极材料xLi2MnO3（1x）LiMO2在充放电过程中表在充放电过程中表现出较好的循环稳定性和较高的充放电容量现出较好的循环稳定性和较高的充放电容量,但其实际但其实际应用仍存在几个问题：

首次循环不可逆容量高达应用仍存在几个问题：

首次循环不可逆容量高达40100Ah/g;

倍率性能差倍率性能差,1C容量在容量在200mAh/g以下以下;

高高充电电压引起电解液分解充电电压引