Introduction des perspectives de développement de l'oxyde de lithium et de manganèse

Qu'est-ce que l'oxyde de lithium et de manganèse ?

La formule chimique de l'oxyde de lithium et de manganèse est LiMn2O4, qui a une structure cristalline spinelle cubique et contient trois canaux de transport d'ions lithium dans l'espace. Par conséquent, comparé à d'autres matériaux d'électrodes positives, le matériau de cathode à base d'oxyde de manganèse et de lithium présente un taux de diffusion ionique plus élevé et convient aux batteries lithium-ion qui nécessitent un taux de charge élevé.

L'oxyde de lithium et de manganèse est l'un des matériaux les plus prometteurs pour les cathodes d'ions lithium. L'oxyde de lithium et de manganèse de type spinelle appartient au système cristallin cubique, groupe spatial Fd3m, et la capacité spécifique théorique est de 148mAh/g.

Grâce à la structure tunnel tridimensionnelle, les ions lithium peuvent être désintercalés de manière réversible du réseau de spinelles sans provoquer l'effondrement de la structure, ce qui se traduit par une capacité de débit et une stabilité excellentes.

Que fait l'oxyde de lithium et de manganèse ?

Principalement utilisé dans la fabrication de batteries lithium-ion pour les téléphones portables, les ordinateurs portables et d'autres appareils électroniques portables en tant que matériaux d'électrode positive. L'oxyde de lithium et de manganèse est principalement utilisé dans les batteries d'énergie nouvelle, mais aussi dans les outils électriques, les jouets électriques et d'autres outils de stockage d'énergie qui doivent être déplacés. Les piles ioniques à l'oxyde de lithium et de manganèse sont des pièces de rechange pour les outils pneumatiques, les équipements médicaux, les véhicules hybrides et les véhicules à énergie nouvelle.

Avantages et inconvénients de l'oxyde de lithium et de manganèse

L'oxyde de lithium et de manganèse est considéré comme une structure spinelle, ce qui fait référence à sa forme cristalline appliquée aux piles au lithium. Lorsque l'oxyde de lithium et de manganèse n'est pas utilisé dans les piles au lithium, il présente également une structure en couches.

Relativement parlant, la structure spinelle est plus stable que la structure en couches (bien que, sur la base des propriétés chimiques, il semble que la stabilité des différentes formes géométriques puisse également être prise en compte), de sorte que la structure spinelle est toujours utilisée dans les applications pratiques.

Outre l'oxyde de lithium et de manganèse, l'oxyde de lithium et de cobalt et l'oxyde de lithium et de cobalt. pile ternaire au lithium Les électrodes positives ont également une structure spinelle, mais la structure spinelle de l'oxyde de lithium et de manganèse est très différente de celle de ses deux homologues.

Avantages ：
● Les réserves de manganèse étant abondantes, le coût de la batterie peut être considérablement réduit, ce qui est propice à une production et une application industrielles de masse ;

● La batterie composée d'une cathode LiMn2O4 est sûre, résistante à la décharge par surcharge, même sans circuit de protection ; bonne performance de taux, résistance aux basses températures.

● Le manganèse est non toxique et non polluant, et la solution à son problème de recyclage a accumulé une riche expérience dans les batteries primaires, de sorte que l'utilisation de matériaux cathodiques LiMn2O4 est bénéfique pour la protection de l'environnement.

Inconvénients :

le matériau lui-même est instable et doit être mélangé à d'autres matériaux, il est peu performant à haute température, peu performant en termes de cycles et il s'atténue rapidement.

Ces inconvénients de l'oxyde de manganèse lithié découlent des propriétés du manganèse. Toutefois, en raison de la présence généralisée du manganèse, il présente un avantage certain en termes de coût.

Les principales méthodes de préparation de l'oxyde de lithium et de manganèse

Il existe actuellement six méthodes de préparation de l'oxyde de lithium et de manganèse : la méthode en phase solide à haute température, la méthode d'imprégnation par fusion, la méthode de synthèse par micro-ondes, la méthode de synthèse hydrothermique, la méthode de co-précipitation et la méthode sol-gel.

Parmi eux, le principal oxyde de lithium et de manganèse commercialisé aujourd'hui est de deux types : AB, et le type A se réfère aux matériaux utilisés pour les batteries d'alimentation, et ses caractéristiques tiennent principalement compte de la sécurité et du recyclage. La classe B correspond aux substituts des batteries de téléphones portables, qui se caractérisent principalement par une capacité élevée.

① Le processus technologique de base de la méthode de la phase solide à haute température est le suivant : mélange → torréfaction → broyage → criblage → produit. La méthode de la phase solide présente les avantages d'un processus opérationnel simple, d'une production de masse et d'un faible coût.

② La méthode d'imprégnation par fusion est une meilleure méthode de préparation de l'oxyde de lithium et de manganèse de type spinelle par la méthode de l'état solide.

Il est possible d'obtenir des matériaux d'anode présentant d'excellentes performances électrochimiques, mais en raison de la complexité de l'opération et des conditions difficiles, ils ne se prêtent pas à l'industrialisation.

③ La méthode de synthèse par micro-ondes est manifestement différente de la méthode traditionnelle de la phase solide à haute température dans la synthèse des matériaux. Cette méthode est utilisée pour préparer des matériaux présentant d'excellentes propriétés électrochimiques, et le temps de réaction de la synthèse peut être considérablement réduit.

④ Synthèse hydrothermale LiMn2O4, un matériau d'électrode positive pour les batteries lithium-ion synthétisé par synthèse hydrothermale, la structure cristalline est stable et l'état cristallin est uniforme, de sorte que le matériau synthétisé présente d'excellentes propriétés physiques et électrochimiques.

⑤ Le matériau de batterie lithium-ion préparé par la méthode de co-précipitation présente non seulement une capacité électrochimique plus élevée et une durée de vie plus longue, mais aussi les avantages d'un processus simple, d'une opération facile et d'une vitesse de réaction rapide.

⑥ La méthode sol-gel est en fait une branche de la méthode de co-précipitation. Le LiMn2O4 produit possède d'excellentes propriétés physiques et électrochimiques, mais il ne se prête pas à une production industrielle en raison de problèmes tels que son coût élevé.

Oxyde de lithium et de manganèse vs. autres matériaux pour batteries au lithium

Par rapport aux matériaux cathodiques traditionnels tels que l'oxyde de cobalt et de lithium, l'oxyde de manganèse et de lithium présente les avantages suivants : ressources abondantes, faible coût, absence de pollution, bonne sécurité et bon rendement.

Il s'agit d'un matériau de cathode idéal pour les batteries d'énergie, mais ses faibles performances en termes de cycle et de stabilité électrochimique limitent grandement son industrialisation. Deuxièmement, comparées aux batteries ternaires lithium/phosphate de fer, les batteries à l'oxyde de manganèse ont l'avantage d'être moins chères. Le problème temporaire est le nombre de cycles. Il a plusieurs scénarios d'application en plein essor.

L'environnement d'utilisation des véhicules électriques à deux roues est plus rude que celui des automobiles, et la probabilité de pataugeage et de collision est plus élevée que celle des automobiles. D'un point de vue économique, le coût des batteries ne doit pas être trop élevé.

Par rapport aux matériaux au lithium ternaire, l'oxyde de lithium et de manganèse est moins cher et plus sûr. Par rapport aux matériaux fer-lithium, l'oxyde de manganèse et de lithium ne perd pas si facilement de la puissance dans des conditions de basses températures hivernales, et les performances de charge restent les mêmes. Il existe aujourd'hui des batteries au phosphate de fer-lithium pour les basses températures, mais leur coût est également élevé. En fin de compte, l'oxyde de manganèse lithié est devenu l'un des bons choix.

Selon les statistiques, la part des batteries au lithium-oxyde de manganèse dans les batteries au lithium pour deux roues était de 42% en 19 ans, de 45% en 20 ans et de 56% en 21 ans.

Perspectives de développement de l'oxyde de lithium et de manganèse

Selon les statistiques, dans la structure actuelle de la consommation de manganèse en Chine, 85%-90% sont utilisés dans l'industrie sidérurgique, et environ 5%-10% sont utilisés dans l'industrie des batteries et l'industrie chimique. Ces dernières années, le développement rapide des industries vertes telles que les nouveaux matériaux et les véhicules électriques créera un vaste marché pour les matériaux cathodiques tels que le dioxyde de manganèse électrolytique, le manganate de lithium et le sulfate de manganèse de haute pureté.

Les expéditions chinoises de matériaux cathodiques se sont élevées à 510 000 tonnes, dont 66 000 tonnes de manganate de lithium, représentant 13%. Bien qu'affectée par l'épidémie au cours de la première moitié de l'année, la demande de batteries numériques bas de gamme et les exportations vers d'autres pays ont diminué, mais la demande de batteries pour véhicules électriques à deux roues, qui a commencé à apparaître pendant l'épidémie, a soutenu le marché du manganate de lithium.

La production chinoise de manganate de lithium a atteint 92 900 tonnes, soit une augmentation de 21,61 % en glissement annuel, et devrait atteindre 109 000 tonnes. À l'heure actuelle, plus de 40 entreprises chinoises de manganate de lithium sont en activité. entreprises de matériaux pour cathodes de manganate de lithium dans l'industrie de l'oxyde de lithium et de manganèse, et 90% la capacité de production est généralement inférieure à 10 000 tonnes. Il y a une pénurie d'entreprises de premier plan et l'intégration de l'industrie n'est qu'à l'aube.