Introducción a las perspectivas de desarrollo del óxido de litio y manganeso

Qué es el óxido de litio y manganeso

La fórmula química del óxido de litio y manganeso es LiMn2O4, que tiene una estructura cristalina de espinela cúbica y contiene tres canales de transporte de iones de litio en el espacio. Por tanto, en comparación con otros materiales de electrodos positivos, el material de cátodo de óxido de litio y manganeso tiene una mayor velocidad de difusión de iones y es adecuado para las baterías de iones de litio que requieren una alta velocidad de carga.

El óxido de litio y manganeso es uno de los materiales catódicos de iones de litio más prometedores. El óxido de manganeso y litio de tipo espinela pertenece al sistema cristalino cúbico, grupo espacial Fd3m, y su capacidad específica teórica es de 148 mAh/g.

Debido a la estructura de túnel tridimensional, los iones de litio pueden desintercalarse reversiblemente de la red de espinela sin provocar el colapso de la estructura, lo que da lugar a una excelente capacidad de velocidad y estabilidad.

¿Para qué sirve el óxido de litio y manganeso?

Se utiliza principalmente en la fabricación de baterías de iones de litio para teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros dispositivos electrónicos portátiles como material de electrodo positivo. El principal uso del óxido de litio y manganeso son las baterías de nueva energía, y otros usos incluyen herramientas eléctricas, juguetes eléctricos y otras herramientas de almacenamiento de energía que necesitan moverse. Piezas de repuesto de baterías de iones de óxido de litio y manganeso para herramientas neumáticas, equipos médicos y vehículos híbridos y de nueva energía.

Ventajas e inconvenientes del óxido de litio y manganeso

Se dice que el óxido de litio y manganeso tiene una estructura de espinela, que se refiere a su forma cristalina aplicada a las baterías de litio. Cuando el óxido de litio y manganeso no se aplica a las baterías de litio, también existe una estructura en capas.

En términos relativos, la estructura de espinela es más estable que la de capas (aunque, basándose en las propiedades químicas, parece que también puede pensarse en la estabilidad de diferentes formas en geometría), por lo que la estructura de espinela se sigue utilizando en aplicaciones prácticas.

Además del óxido de litio y manganeso, el óxido de litio y cobalto y el óxido de litio y cobalto. batería ternaria de litio Los electrodos positivos también tienen una estructura de espinela, pero la estructura de espinela del óxido de litio y manganeso es muy distintiva en comparación con sus dos homólogos.

Ventajas ：
● Las reservas de manganeso son abundantes, por lo que el coste de la batería puede reducirse en gran medida, lo que favorece la producción industrial y la aplicación masivas;

● Batería hecha de cátodo LiMn2O4 es seguro, resistente a la descarga de sobrecarga, incluso sin circuito de protección; buen rendimiento de tasa, resistencia a baja temperatura.

● El manganeso no es tóxico ni contaminante, y la solución a su problema de reciclaje ha acumulado una rica experiencia en baterías primarias, por lo que el uso de materiales de cátodo LiMn2O4 es beneficioso para la protección del medio ambiente.

Desventajas:

el material en sí es inestable y necesita mezclarse con otros materiales, bajo rendimiento a altas temperaturas, bajo rendimiento en ciclos y atenuación rápida.

Estas desventajas del óxido de manganeso y litio se derivan de las propiedades del manganeso. Sin embargo, debido a la presencia generalizada del manganeso, tiene una clara ventaja en cuanto a costes.

Los principales métodos de preparación del óxido de litio y manganeso

Actualmente existen seis métodos de preparación del óxido de litio y manganeso, que se dividen en método de fase sólida a alta temperatura, método de impregnación por fusión, método de síntesis por microondas, método de síntesis hidrotérmica, método de coprecipitación y método sol-gel.

Entre ellos, el principal óxido de litio y manganeso del mercado actual es de dos tipos: AB, y el tipo A se refiere a los materiales utilizados para las baterías de alimentación, y sus características son principalmente teniendo en cuenta la seguridad y el reciclaje. La clase B se refiere a los sustitutos de las baterías de teléfonos móviles, que se caracterizan principalmente por su alta capacidad.

① El proceso tecnológico básico del método de fase sólida a alta temperatura es: mezcla → tostado → molienda → cribado → producto. El método de fase sólida tiene las ventajas de un proceso de operación sencillo, producción en masa y bajo coste.

② El método de impregnación por fusión se refiere a un método mejor en la preparación de óxido de litio manganeso de tipo espinela por el método de estado sólido.

Se pueden obtener materiales anódicos con un excelente rendimiento electroquímico, pero debido a su complicado funcionamiento y a las duras condiciones, no es propicio para la industrialización.

③ El método de síntesis por microondas es obviamente diferente del método tradicional de fase sólida a alta temperatura en la síntesis de materiales. El método se utiliza para preparar materiales con excelentes propiedades electroquímicas, y el tiempo de reacción de síntesis se puede acortar en gran medida.

④ Síntesis hidrotermal LiMn2O4, un material de electrodo positivo para baterías de iones de litio sintetizado por síntesis hidrotermal, la estructura cristalina es estable y el estado cristalino es uniforme, por lo que el material sintetizado tiene excelentes propiedades físicas y electroquímicas.

⑤ El material de la batería de iones de litio preparado por el método de coprecipitación no sólo tiene una mayor capacidad electroquímica y un ciclo de vida más largo, sino que también presenta las ventajas de un proceso sencillo, un funcionamiento fácil y una velocidad de reacción rápida.

⑥ El método sol-gel es en realidad una rama del método de coprecipitación. El LiMn2O4 producido tiene excelentes propiedades físicas y electroquímicas, pero no es propicio para la producción industrial debido a problemas como su elevado coste.

óxido de litio y manganeso frente a otros materiales para baterías de litio

En comparación con los materiales catódicos tradicionales, como el óxido de litio y cobalto, el óxido de litio y manganeso tiene las ventajas de contar con abundantes recursos, bajo coste, ausencia de contaminación, buena seguridad y buen rendimiento.

Es un material catódico ideal para las baterías de potencia, pero su escaso rendimiento cíclico y estabilidad electroquímica limitan mucho su industrialización. En segundo lugar, en comparación con las baterías ternarias de litio/fosfato de hierro y litio, las baterías de litio-óxido de manganeso tienen la ventaja de ser más baratas. El problema temporal es el número de ciclos. Tiene varios escenarios de aplicación muy prometedores.

El entorno de uso de los vehículos eléctricos de dos ruedas es más duro que el de los automóviles, y la probabilidad de vadeo y colisión es mayor que la de los automóviles. Desde el punto de vista económico, el coste de los paquetes de baterías no debe ser demasiado elevado.

Comparado con los materiales ternarios de litio, el óxido de litio y manganeso es más barato y seguro. Comparado con los materiales de hierro-litio, el óxido de litio y manganeso no pierde energía tan fácilmente en condiciones invernales de baja temperatura, y el rendimiento de carga sigue siendo el mismo. Sin embargo, ahora existen baterías de litio-hierro-fosfato para bajas temperaturas, pero su coste también es elevado. Al final, el óxido de litio y manganeso se convirtió en una de las buenas opciones.

Según las estadísticas, la cuota de las baterías de litio-óxido de manganeso en las baterías de litio para vehículos de dos ruedas fue de 42% en 19 años, 45% en 20 años y 56% en 21 años.

Perspectivas de desarrollo del óxido de litio y manganeso

Según las estadísticas, en la actual estructura de consumo de manganeso de China, 85%-90% se utilizan en la industria siderúrgica, y unos 5%-10% en la industria de las baterías y la industria química. En los últimos años, el rápido desarrollo de las industrias de fabricación ecológica, como los nuevos materiales y los vehículos eléctricos, proporcionará un amplio mercado para materiales catódicos como el dióxido de manganeso electrolítico, el manganato de litio y el sulfato de manganeso de alta pureza.

Los envíos de material catódico de China ascendieron a 510.000 toneladas, de las cuales 66.000 fueron de manganato de litio, que representaron 13%. Aunque afectada por la epidemia en la primera mitad del año, la demanda de baterías digitales de gama baja y las exportaciones a otros países han disminuido, pero la demanda de baterías para vehículos eléctricos de dos ruedas que empezó a despuntar durante la epidemia ha sostenido el mercado del manganato de litio.

La producción china de manganato de litio alcanzó las 92.900 toneladas, con un incremento interanual del 21,6%, y se espera que llegue a las 109.000 toneladas. En la actualidad, hay más de 40 empresas de materiales catódicos de manganato de litio en la industria del óxido de manganeso de litio, y 90% de la capacidad de producción es generalmente inferior a 10.000 toneladas. Hay una escasez de empresas líderes, y la integración de la industria está a la vuelta de la esquina.