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镍锰酸锂锂电正极材料概述

1、镍锰酸锂是什么？

镍锰酸锂（化学式：LiNiMnO）是一种电压平台约在4.7V的
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锂离子电池正极材料，理论比容量为146.7mAh/g，实际比容量大约

在130mAh/g左右，其结构上类似通常的锰酸锂，但在电压平台、实

际比容量、热循环稳定性等方面要比锰酸锂好得多，也因为镍锰酸锂

在纳米尺度下也可以很稳定，因此不必像锰酸锂一样通过增大晶粒来

提高稳定性，故在提高倍率方面也有非常大的优势（注：电极材料颗

粒纳米化是提高充放电倍率的重要途径）。
2、跟其它锂离子电池正极材料有什么优势？

目前使用中的和正在开发的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、

锰酸锂、磷酸亚铁锂等。

2.1钴酸锂（化学式：LiCoO）
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作为正在使用中的钴酸锂材料，因为资源少、价格贵、不环保、

安全性差，不适合作为一种普及型的正极材料在未来大型化电源（如

电动力车电源、储能电源）中使用，即使是在现有材料基础上发展起

来的二元、三元材料，也没有从根本上解决这些问题，因此将来只能

在小型化便携设备上使用。

2.2锰酸锂（化学式：LiMnO）
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锰酸锂材料价格低廉、环保、安全、倍率性能好，但在应用中的

最大问题是循环性能不好，特别是高温下，材料中的三价锰离子和大

倍率放电时在颗粒表面形成的二价锰离子，使得材料在电解液中的溶
解明显，最终破坏了锰酸锂的结构，也降低了材料的循环性能。目

前在市场上真正能使用的锰酸锂材料都是通过改性措施得到的，这

种改性措施一方面需要高规格的合成设备，另一方面也需要是以降

低材料的可逆容量为代价，即使是这样，来自日本的高品质锰酸锂价

格上也达到了每吨25万以上。

2.3磷酸亚铁锂（化学式：LiFePO）
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磷酸亚铁锂是目前被各科研机构和企业广泛看好的处于开发状

态的锂离子电池正极材料。如果从组成元素、结构、电压平台、比容

量等方面看，磷酸亚铁锂可以说具有价格低廉、环保等优点。但其结

构却是“过于稳定”了，甚至连电子、锂离子也难以在电化学过程中

表现出相应的活性来，因此导电性不好，影响了材料的倍率性能。目

前改进磷酸亚铁锂的主要措施是纳米化（减小材料颗粒尺寸）和元素

体相掺杂和表面包覆，目前磷酸亚铁锂在倍率性能上已经不成问题

了。但这些改进措施随之也带来新的问题，那就是材料的振实密度过

低（0.9~1.3g/cm3）,导致极片涂布困难等一系列实用电池制作中的

问题。磷酸亚铁锂的另一个关键问题是合成条件苛刻，因为材料中的

+2价铁是一种亚稳价态，在合成中，过强的还原气氛容易导致形成

单质铁，而太弱的还原气氛又容易有+3价铁出现。因此，即使是已

经合成出来的磷酸亚铁锂，长期在空气和水的作用下也容易发生+2

价铁到+3价铁的转变。因此可以预见，未来磷酸亚铁锂在合成、储

存、使用一系列过程中均存在一定的问题。

2.4镍锰酸锂（化学式：LiNiMnO）
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镍锰酸锂在结构上与锰酸锂类似，属于尖晶石结构，具有三维大

隧道结构，导电性好、非常适合锂离子扩散，同时充电状态下也具

有非常稳定的热力学结构，安全性好。与锰酸锂不同之处在于：通过

适量的镍取代部分锰以后，完全消除了+3价锰离子，也就杜绝了引

起材料循环性能衰减的因素，因此循环寿命发生了质的改变。镍的加

入也使材料的电压平台上升到4.7V左右，这比一般的正极材料在电

压上高出大约四分之一。

提高了电池的输出电压可以在很多方面改善设备的性能，比如

使用高电位的电池能大大增强无线设备发射接受信号的灵敏性，也更

加省电。虽然从基础的物理电路原理上说，单体电池通过串联成电池

组能无限增加输出电压，但用20余个4.5V的单体电池串联成100V

的电池组要比用100只1V的单体电池的串联成100V的电池组的方式

更有效。

镍锰酸锂正极材料的研究和开发始于2001年左右，经过多年的

实验室研究积累目前已经逐步走向商品化开发的轨道，世界多家电

池企业也已经在从事实用性镍锰酸锂电池的工作。

3、镍锰酸锂为什么具有这些优势？
材料科学中最重要的一条准则就是“结构决定性质”，镍锰酸

锂电压平台的提高、热循环稳定性、快速充放电性能等都是其内在的

结构所决定的。镍锰酸锂具有尖晶石结构，属于热力学稳定结构，其

组成元素（化学式：LiNiMnO）的化合价也均处于稳定价态，这
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使得其在高达900°C下的高温气氛下(空气、氧气、氮气、惰性气

体等)仍然不会发生结构的破坏，这使得其在批量化生产中非常容易

对材料的精细结构的调整。量子力学方面的计算也表明，在充电状态

下（这是大多数正极材料结构稳定性非常脆弱的阶段），内在Ni4+、