尖晶石型錳酸鋰

尖晶石型錳酸鋰LiMn2O4是Hunter在1981年首先製得的具有三維鋰離子通道的正極材料，至今一直受到國內外很多學者及研究人員的極大關注，它作為電極材料具有價格低、電位高、環境友好、安全性能高等優點，是最有希望取代鈷酸鋰LiCoO2成為新一代鋰離子電池的正極材料。

LiMn2O4是一種典型的離子晶體，並有正、反兩種構型。XRD分析知正常尖晶石LiMn2O4是具有Fd3m對稱性的立方晶體，晶胞常數a=0.8245nm，晶胞體積V=0.5609nm3。氧離子為面心立方密堆積(ABCABC….，相鄰氧八面體採取共棱相聯)，鋰佔據1/8氧四面體間隙（V4）位置(Li0.5Mn2O4結構中鋰作有序排列：鋰有序佔據1/16氧四面體間隙)，錳佔據氧1/2八面體間隙（V8）位置。單位晶格中含有56個原子:8個鋰原子，16個錳原子，32個氧原子，其中Mn3+和Mn4+各佔50%。由於尖晶石結構的晶胞邊長是普通面心立方結構(fcc)型的兩倍，因此，每個晶胞實際上由8個立方單元組成。這八個立方單元可分為甲、乙兩種類型。每兩個共面的立方單元屬於不同類型的結構，每兩個共棱的立方單元屬於同類結構。每個小立方單元有四個氧離子，它們均位於體對角線中點至頂點的中心即體對角線1/4與3/4處。其結構可簡單描述為8個四面體8a位置由鋰離子佔據，16個八面體位置(16d)由錳離子佔據，16d位置的錳是Mn3+和Mn4+按1:1比例佔據，八面體的16c位置全部空位，氧離子佔據八面體32e位置。該結構中MnO6氧八面體採取共棱相聯，形成了一個連續的三維立方排列，即[M2]O4尖晶石結構網路為鋰離子的擴散提供了一個由四面體晶格8a、48f和八面體晶格16c共面形成的三維空道。當鋰離子在該結構中擴散時，按8a-16c-8a順序路徑直線擴散(四面體8a位置的能壘低於氧八面體16c或16d位置的能壘)，擴散路徑的夾角為107°，這是作為二次鋰離子電池正極材料使用的理論基礎。

錳酸鋰的生產

目前市場上主要的錳酸鋰有AB兩類，A類是指動力電池用的材料，其特點主要是考慮安全性及循環性。B類是指手機電池類的替代品，其特點主要是高容量。

錳酸鋰的生產主要以EMD和碳酸鋰為原料，配合相應的添加物，經過混料，燒成，後期處理等步驟而生產的。從原材料及生產工藝的特點來考慮，生產本身無毒害，對環境友好。不產生廢水廢氣，生產中的粉末可以回收利用。因此對環境沒有影響。

目前A類材料的主要指標為：可逆容量在100~115之間，循環性可達到500次以上仍保持80%的容量。（1C充放）；B類材料容量較高，一般要求在120左右，但對於循環性相對要求較低，300次~500次不等，容量保持率可達60%以上即可。當然，A類的價格與B類的價格上還有一定的距離。