内容概述随着我国新能源汽车产业的持续爆发以其储能需求不断提升,其核心部件的动力电池也在不断进行技术迭代和...
随着我国新能源汽车产业的持续爆发以其储能需求不断提升,其核心部件的动力电池也在不断进行技术迭代和升级,以满足高性能电动车的更高要求。其中,正极材料作为锂离子电池的重要组成部分,其性能优化更是会直接影响锂离子电池的能量密度、安全性、循环寿命等各项核心性能指标。目前,磷酸铁锂(LFP)等正极材料因其较高的安全性在电动汽车或储能电池被广泛应用,但其开发几乎达到了其极限,性能提升的空间不大,因此最近三年来电池业内开始对与其晶体结构相似的磷酸锰铁锂(LMFP)展开研究。
与磷酸铁锂一样,磷酸锰铁锂同样是橄榄石架构,FeO6(MnO6)八面体和PO4四面体交叉连接,因此即使在充电的过程中锂离子全部脱出,也不会存在结构崩塌的问题,具备化学性质稳定、安全性能优异等特点。而与磷酸铁锂不一样的是,通过掺杂适当比例的锰元素,磷酸锰铁锂可提高材料的充电电压,将充电电压由磷酸铁锂的3.4V提升至4.1V,使得磷酸锰铁锂电池的理论能量密度提升了15~20%,进一步扩大续航里程。同时,低温下Mn平台容量几乎可以全部发挥出来,因此磷酸锰铁锂材料可将低温保持率提升至77-78%。除此之外,磷酸锰铁锂对稀有金属依赖度低,可与LFP共线生产,成本优势也非常明显。
不过,虽然磷酸锰铁锂材料相比较磷酸铁锂材料拥有上述诸多优势,但是它也存在压实密度低、高温溶锰等问题,更重要的是,其掺入锰元素后,带隙宽度的值也明显降低,基本属于绝缘体,电子电导率和锂离子迁移率均较低,阻碍电子在电化学反应中的迁移和锂离子的迁移,直接限制了倍率性能的提升,使得商业化的进程缓慢。因此采取有效的改性方法提高其电化学活性,是目前厂家实现产业化主要需要攻克的难题。而作为长期从事锂离子电池及材料方面的专家,河北工业大学的梁广川教授认为,采用磷酸锰铁锂和其他高电压正极材料复合是一条比较现实的道路,不仅安全性能大幅度提升,且由于协同效应,使电池体系具有良好的性价比。
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