三元材料中混入尖晶石锰酸锂,不仅可以降低材料成本,还能提高正极材料的倍率性能和改善安全性能。
J.R.Dahn小组研究了尖晶石锰酸锂和NCM111混合使用的情况,LiMn2O4和NCM111的混合比例(质量百分比)分别为:100%:0;75%:25%;50%:50%;25%:75%;0:100%。
从中可以看出,在高温下LiMn2O4的衰减很快。为了更明显地区分出各种材料的衰减情况,将中的容量归一化处理,结果从中可以看出,混合正极材料中LiMn204的含量越高,电池衰减越快。随着温度的升高,电池的衰减速度也越快。但是混合正极的衰减速率并不是LiMn204和NCM111两种材料单独衰减速率的简单加和,(b)还用100%的LiMn204电池的衰减速度和100%NCM111电池的衰减速度计算出LiMri204:NCM111为50%:50%的混合正极的衰减速度,发现实际测试结果比计算出的结果要好。J.R.Dahn小组研究后发现,这种现象产生原因是三元材料的加入,抑制了LiMn204中Mn的溶解,而Mn溶解是LiMr1204容量衰减和库仑效率降低的主要原因,降低Mn离子的溶解可以阻止材料因颗粒表面Li富集而造成的容量衰减。
Albertus等将NCA和LiMr1204按质量比1:1混合,对比了混合材料与单个材料在不同倍率下电压平台,混合正极材料在高倍率(如5C)拥有比NCA更高的电压平台,倍率性能更优。德国的HaiYenTran等研究了尖晶石锰酸锂和NCA混合的正极材料性能。LiM1204和NCA的混合比例分别为66.7%:33.3%,50%:50%,33.3%:66.7%,0:100%。
研究结果表明:
①比例合适时,混合材料的振实密度提高;
②混合材料具有较好的倍率性能;
③混合材料的安全性能优于纯NCA;
④混合材料的Mn溶解大大减低。
H.Kitao等用LiN10.4Mn0.3C00.302和LiMn20。的混合正极做成18650电池,测试电池在45℃下保存30天的容量恢复,发现混合正极的存储性能大为提高,混合正极的比例为LiMr1204:LiNi0.4Mn0.3C00.302=40%:60%。