Page 122 - 能源动力工程的发展与展望

D 能源动力工程的发展与展望
evelopment and Prospects of Energy and Power Engineering

可逆比容量仅为 140274mAh/g。层状钴酸锂的有着 500 次以上的循环寿命，3.7V
左右的工作电压，充电和放电电压较为平稳，循环性能好、比能量高，适用于大
电流充放电。此外，层状的钴酸锂容易制备，生产工艺相对简单，所以层状钴酸

锂在目前的市场上仍然占有较大的份额。但是，因为钴是一种有毒物质，并且价
格较高，抗过充电性较差，所以越来越多的替代层状钴酸锂的锂离子电池材料不

断被研发出来。尖晶石型的锰酸锂是有望代替层状钴酸锂的锂离子电池正极材料
之一。
尖晶石型的锰酸锂属于 Fd-3m 空间群，锂原子占据 1/8 四面体空隙 8a 位置，
氧原子位于晶胞 32e 位置，锰原子占据八面体空隙 16d 位置。通过共面与共边，

空的八面体与四面体相互联结，进而构成了锂离子扩散的三维通道。锂离子三维
扩散通道使尖晶石型的锰酸锂有着良好的倍率性能，提高了材料的安全性。尖晶
石型的锰酸锂的实际容量是 120mAh/g，理论容量是 148mAh/g，电位平台为 4.1V

左右，可以达到 0500 次以上的循环寿命。尖晶石型的锰酸锂的充电曲线有两个
平台，其放电截止电压大于等于 3.0V。从 20R 纪 90 年代起，对尖晶石材料的研
究就广泛的开展，锂离了在尖晶石结构中有着较好的迁移率，通过掺杂替换能够

提高锂离子的电化学性能。像层状的钴酸钽一样，尖晶石型的锰酸锂和其掺杂衍
生物成为商业化的锂离子电池正极材料。1997 年，Goodenough 教授提出了橄榄

石结构的磷酸铁锂。之后，橄榄石结构的磷酸铁锂逐渐成了锂离子电池正极材料
研究的热点之一。橄榄石结构的磷酸铁锂属于 Pmnb 空间群，正交晶系，是一种
六方密堆积结构。其理论比容量达 170mAh/g，工作电压是 3.4V，有着良好的循
环性，容量衰减在几百周内都不明显。因为 Fe 元素较为丰富，所以橄榄石结构

的磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料，成本较低。橄榄石结构的磷酸铁锂循环
寿命长、安全性能好、结构稳定，是新一代锂离子电池正极材料的理想选择，能

够有效地满足低成本、安全和环保等要求。但是，橄榄石结构的磷酸铁锂的稳定
性与一致性较难控制，制备工艺相对复杂。以上几种锂离子电池正极材料的容
量较低，为了满足高能量密度、高容量的使用需求，富锂相正极材料的研究受
到越来越多的关注。富锂相正极材料是由层状材料 LiMO，（M=Co，Fe 等）和

LiMO，（M=Ti，Mn 等）构成的固溶体。富锂相正极材料的研究应用为锂离子
电池的发展打开了新的空间。

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