寧波材料所成功研發(fā)出新一代高能量密度動力鋰離子電池正極材料
——磷酸錳鋰
新型的橄欖石型結(jié)構(gòu)的磷酸鹽系正極材料在安全性能和循環(huán)壽命等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的層狀結(jié)構(gòu)正極材料（如鈷酸鋰、鎳酸鋰、三元材料），其代表性材料磷酸鐵鋰（LiFePO4）已被學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界廣泛研究證實，并且大量應(yīng)用于動力和儲能電池等領(lǐng)域。然而，磷酸鐵鋰3.4 V（vs. Li/Li+）的電位限制了電池能量密度的提升，因此磷酸鐵鋰動力電池市場發(fā)展受限。與磷酸鐵鋰（LiFePO4）相比，磷酸錳鋰（LiMnPO4）具有4.1V的高電位和幾乎相同的理論容量，在同等容量發(fā)揮的條件下，磷酸錳鋰電池的能量密度將比磷酸鐵鋰電池提高20%左右。因此，國際上將磷酸錳鋰（LiMnPO4）列為新一代高能量密度動力鋰離子電池正極材料。可以預(yù)見，一旦磷酸錳鋰材料的研發(fā)取得突破，它不僅能夠搶占磷酸鐵鋰的市場份額，而且能夠擠壓錳酸鋰和三元材料的市場空間，打破目前正極材料的市場格局。目前，磷酸錳鋰材料在全球范圍內(nèi)仍處于研發(fā)階段，沒有實施量產(chǎn)的先例，這主要是由于沒能找到一種合適的解決磷酸錳鋰材料高性能化問題的低成本規(guī)模化生產(chǎn)方法。最近，瑞士HPL（High Power Lithium）公司和日本住友大阪水泥公司積極開展磷酸錳鋰材料的研發(fā)，后者更是宣稱要在2012年實現(xiàn)該材料的產(chǎn)業(yè)化。
中科院寧波材料所動力與儲能電池技術(shù)研究團隊夏永高副研究員帶領(lǐng)的新型正極材料組經(jīng)過大量的技術(shù)研究和工藝探索，解決了磷酸錳鋰材料的電子電導(dǎo)率差和鋰離子擴散速率低的瓶頸問題，研發(fā)出高性能化的磷酸錳鋰材料，并發(fā)展了相應(yīng)的低成本規(guī)?；苽涔に嚰夹g(shù)。采用所研發(fā)的磷酸錳鋰材料制作的18650圓柱電池（見圖1），其放電容量為1100 mAh，放電電壓為3.9 V左右，能量密度高于同型號磷酸鐵鋰電池20%。該新型電池還具有出色的循環(huán)壽命、高倍率放電、低溫性能和安全性能。1C常溫循環(huán) 150周后電池容量未出現(xiàn)明顯衰減（見圖2），40C高倍率持續(xù)放電電池容量保持率為1C的90%（見圖3），在零下20℃下0.2C放電容量發(fā)揮為常溫（25℃）的97.6%，即使在零下40℃電池放電容量仍可以達到61.5%（見圖4）。此外，該電池順利通過3 C-10 V過充和穿刺等安全測試實驗，不爆炸、不燃燒、不冒煙。上述實驗數(shù)據(jù)表明，該新型材料及電池基本具備了在動力和儲能電池等領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的可行性，而該磷酸錳鋰材料及電池技術(shù)不僅填補了我國在磷酸錳鋰上的技術(shù)空白，還可打破國外技術(shù)壟斷地位，有利于推動我國動力鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展和國際競爭力的提高。以上成果獲得中科院資助。目前，該研究團隊正在進行磷酸錳鋰材料的中試實驗，旨在加快推進產(chǎn)業(yè)化。相關(guān)研究結(jié)果已申請中國發(fā)明專利2項，其他相關(guān)研究結(jié)果也正在申請專利中，最終將形成技術(shù)專利池對該研究成果予以保護。
采用磷酸錳鋰材料制作的18650型圓柱電池
磷酸錳鋰電池的常溫循環(huán)性能
磷酸錳鋰電池的倍率放電性能
磷酸錳鋰電池的低溫放電性能
（新能源所）