锰酸锂材料优缺点明显,为了满足动力电池循环寿命、克容量等市场需求,对其进行改性化处理如掺杂三元是一种可行的方式。
能量密度低、循环性能差,一直是困扰锰酸锂材料大幅应用的两大魔咒。但它的高性价比优势、高倍率性又令其在某些细分应用市场大放异彩。
蕴藏巨大市场机会的动力电池领域,锰酸锂材料是否能够分羹一杯?这也是国内很多锰酸锂材料企业和电池企业一直在努力攻关的方向。
在一次公开会议上,无锡晶石新型能源股份有限公司副总工程师马岩华给出了该公司的答案。
马岩华表示,锰酸锂材料优缺点明显,为了向循环寿命延长、克容量提升、倍率性能提高、自放电率降低、更纯的原料、更低成本这六大动力电池市场需求妥协,锰酸锂材料需要进行改性化处理。
锰酸锂材料属于尖晶石结构,不足之处在于:
1、能量密度低。动力型锰酸锂可逆容量仅为105mAh/g,同时轧实密度3.0g/ml;
2、材料循环性能,尤其是高温循环性能差;
3、贮存性能差。
同时,锰酸锂优点也很突出:
1、材料性价比高。磷酸铁锂、三元、锰酸锂三种材料中,锰酸锂成本优势突出;
2、工作电压高,倍率性能好,低温工作性能好.
3、通过对锰酸锂的改性及电池的优化,可能解决和避免锰酸锂的不足。
马岩华透露,放电功率、充电倍率、低温性能、成本、安全,都是锰酸锂动力电池的优势。低廉的成本,在未来大规模市场化和民用化方向有极大优势。随着车用动力电池对循环寿命要求的降低,以及对循环要求不高锂电池市场的增长,锰酸锂材料的突破口日益凸显。
晶石能源拥有42年软磁材料产业经验和12年锂电正极材料经验,两种经验相辅相成,具备体相掺杂及表面纳米包裹技术、半干法混料工艺应用技术、压块烧结工艺应用技术、独特的增氧烧结处理技术等;是国内早期进入锂离子电池正极材料的生产企业之一,坚持以锰酸锂为主的材料生产路线,积累了大量的经验和创新工艺,尤其是如何将锰酸锂材料发挥到最优性价比,有自己独到的优势和特点。
晶石能源对外称,2018年公司动力型锰酸锂材料出货量达到3000吨,在不依靠补贴的前提下,锰酸锂材料能够取得这样的成绩主要依靠的正是产品的性价比优势。这也证实,晶石能源的锰酸锂材料性价比突出,在动力电池市场还存在搏一搏的机会。
马岩华介绍,锰酸锂材料改性原理主要基于以下理论:正尖晶石的电化学性能在很大程度上取决于制备方法,原料的选择以及热处理条件。这些参数在控制材料的结晶度,避免杂相产生以及调整氧的化学计量比等方面非常重要。
1.例如Yoshio等在利用合成时,发现不同来源的合成的材料其循环性能差别很大,说明初始原料的性质对合成材料具有重要的影响。
2.制备锂过量的非化学计量比,可以有效地降低材料的循环容量衰减。过量的锂占据尖晶石结构中Mn的16d位置。随着锂含量的增加,尖晶石在锂离子脱出约50%时,结构中的锂离子从有序-无序相变被逐渐抑制,对应于4V区上的两个电压平台变得不再明显。
目前,晶石能源锰酸锂改性手段主要包括元素掺杂和表面包覆两种。
并且,晶石能源已经与星恒电源合作开发出超级锰酸锂电池,具有长循环寿命、低成本和二次寿命的特点。循环寿命方面,超级锰酸锂电池是一般锰酸锂电池5倍以上;采用低成本的锰酸锂材料及合适的电池材料体系;在电池使用寿命结束经过处理后还可以进行第二次循环寿命。
2018年6月份,晶石能源完成了14000㎡新厂房的规划、设计、报批及奠基工作,并进入开工建设阶段。该项目扩产完成后,晶石能源将新增正极材料产能1万吨/年,其中涵盖6000吨/年高镍三元材料产能。晶石能源称,目前新厂房已经封顶,产能建设与市场进程同步进行,可以更好地满足客户和市场需求。