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日开发出低成本的锂离子电池锂锰氧化物正极材料

日本产业技术综合研究所(简称产综研)尖端制造工艺研究部门与泛在能源研究部门开发出了放电电压超过4V的大容量锂离子充电电池使用的正极材料。该材料为锂锰氧化物,是以钠化合物为原料,在低温溶液中通过离子交换合成法生成的。

  与目前广泛使用的钴酸锂正极材料(放电容量约160mAh/g、放电电量约630mWh/g)具有同样的初期放电容量和放电电量(分别为168mAh/g和606mWh/g)。若将部分锰换成钛的话,还有望获得更大的容量(放电容量177mAh/g、放电电量635mWh/g)。

  而且放电电压在4V以上,比目前的钴酸锂还要高出0.3V,这在锰氧化物系列化合物中是*高的。通过优化低温溶液中离子交换合成法的处理条件,作为原料的钠化合物以起源形式保存下来,大大减少了阻碍锂离子吸附及消去反应的钠的形成。通过将新材料应用于锂离子充电电池,可以将正极材料价格降到只有原来的约20%,估计整个电池的成本也可以降低约30%。

  新材料的合成工艺如下:首先将碳酸钠与二氧化锰在空气中以900℃的高温加热,目的是合成具有筒状结构的初始材料“钠锰氧化物(Na0.44MnO2)”。然后将生成的钠锰氧化物黑色粉末与硝酸锂及氯化锂混合物放在加热过的低温溶液中处理。这样就可以在保持筒状结构的基础上交换钠与锂的离子。在这种情况下,如果加热温度在280℃以下的话初始原料中的钠不能完全与锂进行交换。但如果高于330℃的话,筒状结构也无法维持。通过控制在280~330℃范围内,可以将钠的残存量降低到1%。

  今后将通过粒径控制与化学组成的优化来进一步改良充放电特征及大容量化,同时还将确立低成本的原料生产工艺。

日开发出低成本的锂离子电池锂锰氧化物正极材料
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