锰材料在锂离子电池中的应用

　　美国研究人员已经制造出一种使用锰作为负极材料而不是传统的钴或镍的锂离子电池。这项工作可以为这些日益昂贵和有限的资源提供廉价和丰富的替代方案，为满足快速增长的锂离子储能需求提供了一种途径。

　　大多数锂离子电池负极材料取决于钴或镍，因为它们容易保持结构分层和有序。但在2014年，由GerbrandCeder领导的麻省理工学院（MIT）的一个小组表明，具有无序结构的锂离子电池可以工作，只要它们富含锂，就可以尝试新的，并且可能更好，材料。

　　加利福尼亚大学和美国劳伦斯伯克利国家实验室的Ceder及其同事现在已开发出含有无序锰基负极的锂离子电池，并表明其可能储存比钴或镍更多的能量。“我们的想法是，如果我们能够制造负极，而我们不关心分层，我们可以使用更广泛的金属，”麻省理工学院的主要作者JinhyukLee说。“我们决定购买锰，因为它是最便宜的金属之一。”

　　锰已被用于传统的分层锂离子电池负极，但是作为稳定金属，几乎不涉及电子存储。近来尝试使负极完全由无序锰和其它金属氧化物制成的试剂受到限制，因为它们在充电过程中锂离子从负极移动到锂基阳极时会变得不稳定并且由于过多的氧化还原活性而失去容量。

　　为了减少这种活动并获得高容量的氧化锰负极，Ceder的团队找到了一种让锰交换两个电子的方法，这是高容量镍基负极所做的，而不是一个。这涉及通过用低价氟阴离子取代一些氧阴离子，同时将一些锰阳离子与高价铌和钛离子交换，将锰价降低至Mn2+。这意味着锰离子可能发生双重氧化还原反应，从Mn2+到Mn4+，允许大部分锂离子从负极移动到锂正极而不会变得不稳定。

　　“我们的实验室规模[电池循环测试]结果显示，与现有负极（600-700Wh/kg）相比，我们的负极的能量密度（1000Wh/kg）更高，”Ceder说。“但是我们的数据还没有达到商业规模，所以我们的材料应该进一步测试和优化。”

　　“虽然实际应用需要进一步改进循环稳定性，但报告的策略具有很大的前景，并且可以对各种高价阳离子进行广泛的探索，”对美国佐治亚理工学院能源储存进行调查的GlebYushin评论道。“将电池电压降至非常低的需求可能会给报道的技术应用于电子设备带来障碍，但对于汽车应用来说这不是什么大问题。”