理论教育 层状富锂材料的发展历程:回顾与展望

层状富锂材料的发展历程:回顾与展望

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:从实验室的角度来看,到目前为止,全球各地的研发团队已经发表了很多针对富锂锰基材料结构分析、性能增强、衰减机理以及改进合成方法的论文,尤其是近几年有学者提出氧阴离子参与电荷补偿的概念[12-17],更是使得富锂锰基材料的相关研究达到了一个全新的高度。

层状富锂材料的发展历程:回顾与展望

层状富锂锰基材料是一种新型锂离子电池正极材料,一般可写作xLi2MnO3·(1-x)LiMO2(M=Ni,Mn,Co等),简写成LMR,将只含两种过渡金属元素的这类材料称为二元层状富锂锰基材料,含三种过渡金属元素的为三元层状富锂锰基材料。1991年,Lubin等[1]发现LiMn2O4通过盐酸处理之后形成类似Mn2O4框架结构的λ-MnO2氧化物;1992年和1993年,Thackeray等[2,3]制得了具有立方密排结构的氧阴离子阵列型的层状富锂锰氧化物Li2-xMnO3-x/2(0<x<2),并发现LiMn2O3结构可以通过电化学嵌锂方式获得;1997—1998年,Numata等[4,5]合成了不同配比的LiCo1-xMn2x/3Lix/3O2正极材料,其循环稳定性要优于纯LiMnO2正极材料,在4.3 V以内并未发现LiMn2O3的电化学活性;到1999年,Kalyani等[6]首次发现在4.5 V电压下LiMn2O3具有电化学活性;2001年,加拿大达尔豪斯大学的Lu等[7]报道了化学式为Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-2x/3)]O2的材料,这种材料可以看作是使用部分Ni取代Li[Li1/3Mn2/3]O2(即Li2MnO3)材料中的Li和Mn,从而获得了较高的比容量;美国阿贡国家实验室Thackeray等[8-10]通过引入Co元素和改变过渡金属元素(transition metal,TM)组分等方法对这种材料进行了大量研究,并申请了相对应的发明专利[11],随后富锂锰基材料进入快速发展时期。从实验室的角度来看,到目前为止,全球各地的研发团队已经发表了很多针对富锂锰基材料结构分析、性能增强、衰减机理以及改进合成方法的论文,尤其是近几年有学者提出氧阴离子参与电荷补偿的概念[12-17],更是使得富锂锰基材料的相关研究达到了一个全新的高度。从工业化的角度来看,2008年,日本Toda Kogyo公司和德国巴斯夫公司先后与阿贡实验室针对富锂锰基材料进行合作,试图将这种材料进行大规模工业化生产,目前这两家公司均可以提供公斤级样品;美国Envia公司也于2009年加入对富锂锰基材料商品化的研发,获得了美国能源部和美国先进电池联盟的资助[18];中国遨优动力公司于2017年12月宣布在全球范围率先实现富锂锰基动力电池的产业化[19],并且这种电池在2018年5月28日通过中国国家强检[20];2018年7月17日,国家工业和信息化部公示的第310批《道路机动车辆生产企业及产品公告》中首次出现了富锂锰基电池配套的电动车辆[21],标志着富锂锰基材料的正式商用化。(www.daowen.com)

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