作者：王俊1,2(), 张学全1,2, 刘亚飞1,2(), 陈彦彬1,2()
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单位：1. 北京矿冶科技集团有限公司；2. 北京当升材料科技股份有限公司
引用：王俊,张学全,刘亚飞等.高容量富锂锰基正极材料的研究进展[J].储能科学与技术,2022,11(10):3051-3061.
DOI：10.19799/jki.2095-4239.2022.0480
摘 要
层状富锂锰基材料(LMR)凭借其高比容量(>250 mAh/g)和低成本等优点，有望成为新一代锂离子电池用正极材料。从该材料发现至今已有将近30年的时间，却始终没有实现真正商业化应用，主要原因包括：循环过程中，Mn3+迁移进入锂空位，使层状结构向尖晶石结构转变，导致平均放电电压持续降低，造成能量损失严重且给电池管理带来巨大的挑战；Li2MnO3低的电子电导率使LMR材料具有差的倍率性能；较低的电极密度，造成材料的体积能量密度较低；此外，LMR材料需要在高电压下(>4.55 V)才能发挥高容量，但高电压下电解液容易氧化分解，同时伴随着晶格氧被氧化为O2逸出，以上问题严重地影响了其商业化进程。本文基于多年来LMR材料的研究开发成果，综述了近年来LMR材料在充放电机理认识、前驱体工艺路线选择、体相掺杂、表面包覆、液相和气相后处理的作用效果和改性机理，以及O2/O3复合结构、单晶结构等新型特殊结构设计等方面的研究进展，并对LMR材料未来的发展方向和商业化前景进行展望，助力富锂锰基材料的产业化开发。
关键词 富锂锰基材料；充放电机理；改性；后处理
锂离子电池因其工作电压高、体积小、循环寿命长、能量密度高、自放电低等综合优势，被广泛地应用于3C移动智能终端、电动工具、电动汽车以及储能等领域。近年来，为了满足纯电动汽车长续航里程的要求，预计2025年，电池单体能量密度需要达到350 Wh/kg，而锂离子电池的能量密度又主要取决于正极材料的能量密度，因此，开发高能量密度的正极材料成为人们关注的焦点。
目前，传统的锂离子正极材料主要包括层状LiCoO2(LCO)、层状多元LiNi1-x-yCoxMnyO2(NCM)和LiNi1-x-yCoxAlyO2(NCA)、橄榄石型结构LiFePO4(LFP)和尖晶石结构LiMn2O4(LMO)。LCO价格昂贵，主要用于3 C数码电子产品；多元NCM和NCA由于元素之间协同效应，循环性能明显提升，大规模应用于新能源动力电池，但其能量密度已不能满足人们对长续航的需求；LFP具有价格便宜、安全性能高和循环寿命长等优点，主要用于动力电池和储能领域，但其比容量较低，已接近理论值，难以取得突破；LMO价格低廉，容易发生锰的溶解和Jahn-Teller效应，导致高温循环性能变差，主要用于两轮车和电动工具。
