鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究分析

王 帥

(建德市環境監測站，浙江 建德 311600)

鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究分析

王 帥

(建德市環境監測站，浙江 建德 311600)

隨著信息技術水平的不斷發展，新的能源隨之不斷的涌入市場，并對鋰離子電池的功率、壽命等提出了更高要求，而富鋰錳基正極材料具有容量高、具有安全性的優點，同時他的成本也比較低，能夠促進電動汽車的規模推廣。對鋰離子電池有關的錳礦及冶金輔料的地質等相關的富鋰錳基正極材料進行研究分析，并提出有效的方法。

鋰離子電池；富鋰錳基正極材料；研究分析

傳統的能源發展中，鋰離子電池作為可充電的主要能源裝置，在過去的能源發展中有著重要的作用。鋰離子電池本身就具有比較好的穩定性與較高的充放電的功能，在能源的發展中受到企業的廣泛的重視與推廣。隨著經濟水平技術的不斷發展，鋰離子電池富鋰錳基正極材料在新能源的發展中起到重要的影響作用。

1 鋰離子電池

鋰離子的主要定義是充電的電池，主要有正極與負極之間的相互關系進行運轉工作[1]。鋰離子電池在充電的時候，Li+從正極的方向進行脫嵌，然后經過電解質在負極的位置嵌入，并在負極上處于富鋰的狀態。鋰離子電池在目前的新能源發展中具有相當重要的代表性。鋰離子電池主要用在人們日常生活中的電子產品當中。鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電池外殼、有機電解液組合而成。在電子的產品中鋰離子的電池有聚合物鋰離子電池和液態的鋰離子電池之分，在現在的數碼產品中受到廣泛的應用鋰離子電池在充電的方面要求較高，其主要是能夠保障和終止電壓的精確度數為±1%之內，在各個半導體的器件廠中已經開發出多種多樣的鋰離子電池的充電IC，用于保障充電的可靠性、安全性，從而快速的進行充電。

鋰離子電池的工作原理是在鋰離子元素中含有鋰的化合物作為電池的正極，其碳素的材料作為電池的負極，在運轉的過程中只有鋰離子的存在沒有金屬鋰的存在，在運行的工作中，鋰離子電池要注意在放電的過程中電流不能夠過大如果過大就有可能會導致鋰離子電池在運作的過程中內部出現發熱的現象，從而造成電池運作的損壞。同時不能夠過度的放電，這樣也會發生不可逆的反應而導致電池的損壞及報廢，因此在鋰離子電池的使用過程中要注重相關的事項與操作。

2 富鋰錳基正極材料的功能特性

富鋰錳基正極材料主要用xLi[Li1/3Mn2/3]O2·(1-x)LiMnO2來表示[2]，在經濟的發展中，富鋰錳基正極材料在鋰離子電池的運行工作中具有比較高的并且能夠逆轉的比容量，能夠有效的進行循環的功能，在市場中其成本也相對的比較低，因而使其在電子的產品業的發展中得到廣泛的應用及重視。在鋰離子電池中富鋰錳基正極材料主要是由Li2MnO3與LiMnO2兩種材料組成的結構，如圖1所示。

在富鋰錳基正極的材料中，錳礦的存在能降低成本和改善材料的穩定性及安全性，但是如果在產品中錳礦的含量過高就會降低材料中的容量，從而產生破壞富鋰錳基中的正極的材料。其次是富鋰錳基正極材料在鋰離子電池的充電與放電的循環穩定性與相對的充放電容量都比較高，但仍然存在著不足的問題，使其在解決鋰離子電池的充電安全問題的時候并不理想，同時在循環過程的性能中也不是很理想，過高的充電電壓引起了電解液的分解，富鋰錳基正極材料在第1次的放電過程中其放電的庫倫效率比較低，而導致在放電的過程中電解液發生了分解的現象，同時在富鋰錳基正極的材料中，錳礦的存在能降低成本和改善材料的結構中的穩定性及安全性，但是如果在產品中錳礦的含量過高就會降低材料中的容量，從而產生破壞富鋰錳基中的正極材料，而導致富鋰錳基正極材料的功能發展受阻。為了能夠解決富鋰錳基正極材料中存在的問題，增加電子產品當中的基本實用性能，相關的電子企業首先要提出有效的方法來解決這一問題，從而進行相應的改性工作，提高在鋰離子電池中富鋰錳基正極的材料。

圖1 富鋰錳基正極材料結構

3 鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究方法

3.1 調整鋰離子電池富鋰錳基正極材料的結構

在鋰離子電池中影響富鋰錳基正極材料的是過高的截止電壓而導致的現象。因此相關的工作人員在實際工作的過程中[3]，首先應該明確好相應的工作，并確定好相對應元素在電解液中的溶解程度，確保在電解之后其電解的容量保持在86%，在鋰離子電池富鋰錳基正極材料中，其主要的運行結構是在富鋰錳基正極材料的表面上生成一種叫做LiPO4的成分，在運行工作中有一部分的鋰進入了此成分當中，在進行第一次的充電的時候，其成分中原先存在的氧空產生了反應從而消失了，從而才導致了富鋰錳基正極材料保持著容量的增高的現象。因此，相關的管理人員在進行鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究的過程中，首先要了解富鋰錳基正極材料的相關專業知識，根據鋰離子電池的基本情況進行富鋰錳基正極材料的分析，然后采取有效的措施進行有效的研究和分析，達到有一定目的性的研究成果。在研究的過程可以采用石墨烯方法進行對鋰表面的包裹，在表面的包裹中研究鋰表面的電極，然后分析石墨烯在鋰的作用下產生的有關電極的材料的狀況進行研究分析，并研究其主要導致在充電和放電的過程中鋰離子電池富鋰錳基正極材料的結構受到破壞的原因，最后結合相應的原因進行富鋰錳基正極材料整體分布的結構的調整，從而提高在鋰離子電池富鋰錳基正極材料的穩定性，并保證其正極材料在第一次的充電中能夠保持在2.0～4.8 V之間，倍率保持在0.1 C下，在第一次的充電中充電的比熱容為321 mA·h/g,在放電過程中比熱容的相關的放電量為242 mA·h/g,通過整體結構的調整，進行正確的方法進行操作，從而提高富鋰錳基正極材料的研究，提高研究的質量。

3.2 表面包覆研究

在鋰離子的富鋰錳基正極材料的表面中，電解液與正極材料兩者之間的接觸也會產生放電與充電等現象的發生，從而造成在富鋰錳基正極材料中相關的循環性能與電極的穩定性下降。因此在對鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究分析中，相關的工作人員首先要進行富鋰錳基正極材料表面包覆的研究分析，然后采用正確的方法進行表面包覆的處理，有效的防范和避免鋰離子電池富鋰錳基正極材料中的電解液與富鋰錳基的正極材料進行證明的接觸[4]，從而有效的促進富鋰錳基正極材料中電極的穩定性與循環性作用的提高。在研究中，可以對鋰離子電池中的富鋰錳基正極材料中表面的包裹，進行恰當有效的修飾一下，確保在放電過程中其相應的放電容量，并保障包裹前與包裹后的充電容量的分析，從而有效的抑制氧氣在循環性能與電極的穩定性中發生氧化。采用石墨烯與富鋰錳基中正極材料的研究現象的觀察進行分析，其石墨電子的傳導性中具有著較好的特性，同時能夠在與富鋰錳基正極的材料進行結合的時候能夠有效的提高在富鋰錳基正極中的材料的電導率。并在富鋰錳基正[5]極材料的表面上運用酸來進行表面包裹的處理，使其在分解的過程中能夠有效的降低在第1次的充電與放電的過程中，降低循環性能與庫倫率等方面的損失，從而利用弱酸的處理方法能夠有效的處理和調節pH的值，并提高循環的性能，減弱在放電與充電過程中的損害。

3.3 掌握鋰離子電池錳基正極材料的制備方法

在研究鋰離子電池富鋰錳基正極材料中，其制備的方法有：溶膠凝膠法、燃燒法、共沉淀法、冷凍干燥法4個方法進行制備。在溶膠凝膠法中運用相關的鋰化學成分有硝酸錳等化學進行計算，并進行放電與充電的調試，以確保其在充電與放電的過程中，能夠保持一定的電容量，保障相關的電化學的性能；并采用燃燒的方法進行富鋰錳基[6]正極材料的制備，采用硝酸鋰等化學式進行溶解，從而保持在富鋰錳基正極的原材料與水離子之間的質量保持一定的恒溫水溶的加熱，從而達到良好的倍率性與放電的比容量之間的性能；然后運用共沉淀法進行沉淀劑的制備富鋰錳基正極材料，進行pH的值的控制，通過沉淀的過程中保持循環過后的容量率，提高制備正極材料的效果[7]，最后運用冷凍干燥的方法去除在富鋰錳基正極材料中存在的有機物質，運用相關的鋰基化學式進行富鋰錳基正極材料的制備，提高對鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究。

4 結 語

隨著現代的經濟水平不斷的發展，鋰離子電池富鋰錳基正極材料也將隨著快速發展的經濟，不斷的得到良好的應用，并在鋰離子的正極材料的發展中得到良好的指導發展。

[1] 張志強, 征圣全, 王起亮, 等. Cr摻雜對富鋰錳基正極材料Li1.2Ni0.2Mn0.6O2結構和電化學性能的影響[J]. 化工學報, 2017, 68(1): 398-407.

[2] 周羅增, 徐群杰, 湯衛平, 等. 鋰離子電池富鋰錳基正極材料的研究進展[J]. 電化學, 2015, 21(2): 138-144.

[3] 馬磊磊, 連芳, 張帆, 等. 高能量密度鋰離子電池層狀錳基正極材料研究進展[J]. 北京科技大學學報, 2017(2): 167-174.

[4] 李普良, 徐春瑞, 孔龍, 等. 無定形Li-Mn-Al-Co-O前驅體制備改性尖晶石錳酸鋰[J]. 中國錳業, 2016(03): 113-116.

[5] 孫艷霞, 周園, 申月, 等. 動力型鋰離子電池富鋰三元正極材料研究進展[J]. 化學通報, 2017, 80(1): 34-40.

[6] 黃霞. 富鋰錳基層狀正極材料的發展現狀[J]. 中國錳業, 2015(02): 9-13.

[7] 王國華, 夏永高, 劉兆平. 鋰離子電池富鋰錳基正極材料專利技術分析[J]. 儲能科學與技術, 2016, 5(3): 388-395.

A Research of Anode Material for Lithium-ion Batteries in Rich Lithium Mn

WANG Shuai

(JiandeEnvironmentalMonitoringStation,Jiande,Zhejiang311600,China)

With continuous development of information technology, the new energy will be also in continuous flooding the market. Relative power in lithium ion batteries, including power density, will be related to life and rich lithium manganese anode material with high capacity and possesses in advantages of safety. At the same time, its cost is lower. It can promote the car electric scale promotion. This article mainly closes its study of lithium ion battery on manganese ore and metallurgical auxiliary materials which are related to geological rich lithium manganese anode materials.

Rich lithium-ion batteries; Lithium manganese anode materials; Research and analysis

2017-05-19

王帥(1981-)，女，黑龍江大慶人，工程師，研究方向：分析化學、化學工程與工藝，手機：15311869169，E-mail：2851132965@qq.com.

TM912

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10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.025