正極材料是鋰電池最為關(guān)鍵的原材料，占鋰電池成本的30%以上。其中，尖晶石型LiMn₂O₄嵌鋰化合物是一種重要鋰電正極材料，是目前世界范圍內(nèi)已進(jìn)入商業(yè)化的正極材料之一，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①錳(Mn)儲(chǔ)量豐富，尤其是我國(guó)更是儲(chǔ)錳大國(guó)，資源豐富，因此其電池成本可大大降低，有利于大批量工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用；

②由LiMn₂O₄陰極制成的電池安全性好，耐過(guò)沖放電，甚至無(wú)需保護(hù)電路；

③錳(Mn)無(wú)毒無(wú)污染，其再生利用問(wèn)題的解決在一次電池中已經(jīng)積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，因此采用LiMn₂O₄陰極材料對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。

LiMn₂O₄立方尖晶石晶胞結(jié)構(gòu)

總之，晶石型LiMn₂O₄正極材料被普遍認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)能材料之一，其制備工藝也成為了業(yè)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

錳酸鋰的先進(jìn)制備工藝

制備LiMn₂O₄正極材料的常用方法，主要有固相法、溶膠-凝膠法、共沉淀法和燃燒法等。固相法具有操作工藝簡(jiǎn)單、可大批量生產(chǎn)及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但煅燒溫度較高；溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物顆粒細(xì)小，化學(xué)成分均勻，純度較高，但成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)；共沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是容易控制合成條件，制備的樣品顆粒分散均勻、細(xì)小、結(jié)晶度好，但生產(chǎn)工藝流程繁瑣，控制操作比較麻煩。這些方法都存在制備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、工藝繁雜、過(guò)程不易掌控等缺點(diǎn)。

為了更高效低成本地制備LiMn₂O₄，目前業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始研究微波輻射在正極材料的制備上的應(yīng)用。如微波誘導(dǎo)燃燒合成，又稱為微波輔助或者微波激活燃燒合成，是一種在納米材料領(lǐng)域中當(dāng)紅，有著廣闊應(yīng)用前景的工藝。查閱可知，它是在自蔓延高溫合成和低溫燃燒合成的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，主要利用微波快速升溫到反應(yīng)物著火溫度，從而引燃反應(yīng)生成納米材料。

與上述制備方式相比，微波輻射具有處理時(shí)間短、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，可將反映時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短到秒。而且可獲得特殊結(jié)構(gòu)的材料，產(chǎn)物粒徑小且尺寸比較均勻，同時(shí)材料的初始容量和容量保持率都有所提高。最重要的是，在合成過(guò)程還可以利用摻雜改性技術(shù)，提高尖晶石型 LiMn₂O₄正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

Cu摻雜LiMn₂O₄正極材料樣品SEM圖

商業(yè)化關(guān)鍵

顯然，利用微波誘導(dǎo)燃燒合成法合成電極材料，將會(huì)降低電極材料生產(chǎn)成本。但是在微波輻射下納米粒子的生長(zhǎng)情況會(huì)受很多因素的影響，如燃料的種類、反應(yīng)物的量、微波功率、反應(yīng)溫度、pH等都是微波誘導(dǎo)燃燒過(guò)程的控制參數(shù)。這些因素會(huì)對(duì)納米材料的晶型、尺寸、比表面積、發(fā)光性能、磁性等產(chǎn)生很大影響。

到底該如何讓這種具有前景的工藝踏上錳酸鋰正極材料的賽道呢？歡迎關(guān)注11月24-26日即將在珠海舉辦的“2022年全國(guó)新能源粉體材料暨增效輔材創(chuàng)新發(fā)展論壇（第二屆）”。屆時(shí)，來(lái)自湖南工程學(xué)院的蘇長(zhǎng)偉教授將發(fā)表題為《微波誘導(dǎo)燃燒法制備錳酸鋰正極材料及其性能研究》的報(bào)告，介紹微波誘導(dǎo)燃燒合成尖晶石錳酸鋰的工藝及其電化學(xué)性能，并為其工業(yè)化生產(chǎn)指明方向，歡迎大家關(guān)注！

關(guān)于報(bào)告人

蘇長(zhǎng)偉，男，1980 年生，博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師，湖南省電池行業(yè)協(xié)會(huì)理事，中國(guó)儀表功能材料學(xué)會(huì)委員，《電池》期刊的特邀審讀專家，湖南納菲爾科技有限公司技術(shù)顧問(wèn)，上海豐豫新材料公司技術(shù)總工。研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)制備功能材料，主持或參與國(guó)家自科學(xué)基金3項(xiàng)，以第一發(fā)明人申請(qǐng)并獲得授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利6件，出版物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，獲得國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（2011年，“高耐磨性、高耐蝕性、環(huán)保型鎢合金電鍍技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”）1項(xiàng)，獲得云南省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（“離子電池錳酸鋰正極材料制備與性能研究”2019年）。2019年獲得云南省萬(wàn)人計(jì)劃青年拔尖人才，2018年獲得常德市高新區(qū)特殊人才補(bǔ)貼。

珠海新能源論壇會(huì)務(wù)組

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