朱 智 其 鲁,* 李 卫 廖细英

(1北京大学化学与分子工程学院,北京100190;2北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;3思伊纳化学科技(北京)有限公司,北京100094)

1 引言

近年来锂离子二次电池由于其相对于其它电池具有较高的能量密度和功率密度,被认为是目前最有前景的电能储存设备,其研究和发展也越来越受到重视.通常而言,锂离子电池由正极、负极、电解质和隔膜组成.其中,正极材料很大程度上决定了电池的工作电压、电池能量密度等主要参数.

图1是常见的几种锂离子电池用正极材料的充放电曲线(均以Li金属为负极).从图中可以看出,LiFePO4的放电电压平台为3.55 V,LiCoO2和LiMn2O4的放电电压都在4.00 V左右.而LiNi0.5Mn1.5O4的放电电压则高达4.73 V,为目前研究的具有最高放电电压的锂离子二次电池用正极材料之一.较高的单体电池电压可以减少电池组所需单体电池的数量,从而简化电池系统管理,也减轻电池的重量和体积.以一组工作电压为400 V的动力电池组为例,同样以碳质材料为负极,如采用LiFePO4电池则需要约135块单体电池,采用LiMn2O4则需约110块单体电池,而若采用LiNi0.5Mn1.5O4则仅需90块单体电池就可实现.1另外,提高电池的电压可以提高电池的储能密度和输出功率.LiNi0.5Mn1.5O4正极材料具有620 Wh·kg-1以上的储能密度,在其3C放电倍率下,即可实现高达2000 W·kg-1的放电功率.

图1 常见锂离子电池用电极材料的充放电曲线Fig.1 Charging/discharging curves of common materials in Li-ion battery versa Li metal as anode

LiNi0.5Mn1.5O4是基于LiMn2O4发展起来的一种新型材料,具有和LiMn2O4相同的尖晶石结构.但由于其电化学活性是通过Ni2+/4+的氧化还原来……