长寿命锰酸锂锂离子电池(中英文)

2009.10长寿命锰酸锂锂离子电池LonglifeLithiummanganeseoxideLiionbattery广州鸿森材料有限公司申国培研究背景Researchbackground能源危机Energycrisis石油枯竭：现在已经探明的大概为1万1500亿桶。虽然这比前两年的估计数字增长了10%，但以目前的开采速度计算，地球上的石油储量只够满足全世界石油消费需要41年。据美国能源部门估计，今后20年内，世界石油还能供求平衡，但20年后就要面临缺油的局面。据美国《华尔街日报》最新的统计资料，按照目前的开采速度，世界原油2002年已探明储量还可以开采40.6年。加州技术学院的物理学者D·古登斯坦在接受美国有线新闻网的财经杂志采访时说：“在未来的10到20年里可能会出现（石油短缺）。”他补充道：“或许，这种短缺已经开始了。”环境污染Environmentalpollution传统的化石燃料储量有限，面临枯竭；使用基本上是通过燃烧，燃烧会释放SO2、氮的氧化物NOx及CO2等大气污染物，造成酸雨和温室效应。汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、铅（Pb）等。VehiclesproducethemainpartofpollutantinatmospheresuchasCO,hydrocarboncompounds,NOx,Pbandsoon.身边的污染——汽车Pollutionaroundus—vehicles锂离子电池的优点Theadvantagesoflithiumionbatteries比能量高highpowerdensity工作电压高highrate自放电率低lowselfdischarge循环寿命长longcyclelife无污染lowpollution安全性能好goodsafetycharacteristics应用ApplicationmobilephonesElectricbicyclesPowertoolsElectrictoysMininglamps,emergencylampsVacuumcleaner锰资源丰富abundantMnresource价格低廉lowcost环保lowpollution安全safety高倍率highrateLiMn2O4的特点Theadvantagesoflithiummanganeseoxidecathode不利因素Problemstoberesolved:比容量较低relativelylowenergydensity循环寿命较短shortcyclelife高温充放电循环过程中容量衰减快significantcapacityfadingunderhightemperatureMn溶解的发生Mndissolutionoccurrence16d16e32e××8a×8b48fxexLiOMnLiOMnLixyy421421充电充电Charge：放电时正好相反。Dischargeisjustopposite.LiMn2O4示意图SchematicdiagramofLiMn2O4改进措施Improvement正极Cathode表面包覆Surfacecoating添加金属离子Elementdoping(forexample,Ni、Fe、Co、Al、Si、Ti、Mo、La、Bi、Nb、Zn、Crandsoon)引入晶粒生长促进剂和界面能调节剂Addingcrystalgrowthaccelerantandinterfacialenergyregulator电解液Electrolytesolution不同功能添加剂Functionaladditives负极Anode合金与碳相混合AlloyanodesmixedwithcarbonXRDXRDpatternsofModifiedLiMn2O4andLiMn2O4SEMSEMgraphofLiMn2O4SEMgraphofdopedLiMn2O4SEMgraphofcoatedLiMn2O4锰酸锂高温（60℃）溶解试验LiMn2O4hightemperature(60℃)dissolutionexperiment锰酸锂类型电解液中溶解Mn的含量（μg/mL）LiMn2O4257.69ModifiedLiMn2O4144.50电解液Electrolyte电解液是锂离子电池的重要组成部分，它与正负极材料的相容性好坏，对电池性能有很大的影响。Electrolyteisthemainpartoflithiumionbatteries,anditscompatibilitywithcathodeoranodematerialshasgreatlyinfluencedonthebatteryperformance.与电解质相容性影响因素包括：正极表面膜的稳定性、电解液组分的氧化分解和LiMn2O4在电解液中溶解。电解液组分氧化：ElectrolyteoxidationO3H3CO3O(DMC)CHOCOCH222323LiMn2O4高温分解：LiMn2O4decompositionathightemperature4223242xOxLiMnO2x1Ox)Mn(1OMnLiLiMn2O4在电解液中溶解：LiMn2O4dissolutioninelectrolytexElxMnOMnLixEl3xLiOLiMn24x23x142痕量酸作用下，LiMn2O4发生歧化反应：ThedisproportionreactionofLiMn2O4intraceamountacidsO2HMnMnOλLi4HOLiMn22242添加剂Additives控制HF含量添加剂:AdditivesfordecreasingHF可以降低HF的含量，阻止其对电极的破坏和对LiPF6分解的催化作用，提高电解液的稳定性，从而改善电池性能。乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等胺类化合物、N,N-二环己基碳化二亚胺、N,N-二异丙基碳化二亚胺等碳化二亚胺、吡啶、六甲基磷酰胺正极成膜添加剂:Membrane-formingadditives在活性物质表面发生了氧化和电聚合反应，形成覆盖在电极表面的导Li性和导电性薄膜。联苯(BP)、二苄(DBZ)、N-甲基吡咯(MPL)、噻吩（TPN）等，如芳香族化合物（BP,DBI,DPE等）LiMn2O4在改性电解液中的电化学性能ElectrochemicalperformanceofLiMn2O4inmodifiedelectrolyte0100200300400500020406080100120Capacity(mAh/g)LiMn2O4innormalelectrolyte44.49%LiMn2O4inmodifiedelectrolyte66.81%CyclenumberRTDischargecurvesofLiMn2O4inmodifiedelectrolyteandnormaleletrolyte改性LiMn2O4的倍率放电特性RatedischargepropertyofmodifiedLiMn2O40204060801002.83.23.64.04.4ModifiedLiMn2O415C10C5CVoltage(V)Capacity(mAhg-1)10C5C1C82%59%2.83.23.64.015C1CLiMn2O4DischargeprofilesofLiMn2O4/graphiteandModifiedLiMn2O4/graphiteLi-ionbatteriesatvariousdischargingratesbetween3.0-4.2V;chargerateisfixedat1C020040060080010001200020406080100120Capacityretentionrate/%Cyclenumber92%10C/10CCyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat10C（3.0-4.2V）CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries（3.0-4.2V）0500100015002000250030000204060801001203000cycles-80%5Ccharge/10CdischargeCyclenumberCapacityretentionrate/%0100020003000400050006000020406080100Capacityretentionrate/%Cyclenumber5000cycles-64.5%5Ccharge/10CdischargeCyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries（3.0-4.2V）02000400060008000020406080100120CyclenumberCapacityretentionrate/%5Ccharge/10Cdischarge8000cycles-40%CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries（3.0-4.2V）改性LiMn2O4的高温循环性能ElectrochemicalperformanceofmodifiedLiMn2O4athightemperature050100150200250300350020406080100CapacitymAh/gCyclenumber317cycles,81.1%55OCThehigh-temperatureperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat1Ccharge/dischargeratein3.0-4.2V0100200300400500020406080100504cycles,70.7%55OCCyclenumberCapacitymAh/gThehigh-temperatureperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat1Ccharge/dischargeratein3.0-4.2V0100200300400500600700800020406080100728cycles,62.3%55OCCapacitymAh/gCyclenumberThecyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat1Ccharge/dischargeratein3.0-4.2V负极Anode锡基合金（合金碳包覆）材料Tin-basedalloy硅基材料Si-basedmaterials钛基材料Ti-basedmaterials展望Prospect基于以上改进，锰酸锂为正极材料的锂离子电池具备成本低、安全性高、倍率特性好、循环寿命长等优点，随着锰酸锂材料和电池技术的不断改进、优化，我们相信锰酸锂完全可以应用到电动汽车用锂离子动力电池和大型的储能电池中！WebelievethatlithiummanganeseoxidewouldbeappliedinlithiumionbatteriesforEVsandlargeenergystoragebatteriesbecauseofitsadvantagesoflowcost,safety,longlifeandsuperiorratecapability!THANKYOUFORYOURATTENTION!WELCOMETOVISITOURFACTORY!邮编Postcode：510760电话Telephone：020-82210888地