33页最新正极材料报告尖晶石镍锰酸
锂电正极材料，所有体系都未停下脚步锂电池能量密度不足的主要瓶颈在于正极比容量（相对负极）偏低、对锂电压偏低。当前广泛应用的正极材料根据晶体结构不同，包括了层状材料、尖晶石和橄榄石三大体系。对于尖晶石结构正极（锰酸锂），应用广泛度上不及橄榄石结构（铁锂）和层状结构（三元），但优化其综合性能表现的努力并未停止。
镍锰酸锂，脱胎于锰酸锂的尖晶石高压正极尖晶石结构锰酸锂材料的元素廉价易得，但其比容量上限仅为约mAh/g，低于橄榄石结构正极，远低于层状结构正极；平均对锂电压4V，对应电池能量密度偏低。另外，+3价锰对电池性能表现也有不利影响。所以锰酸锂并不是主流动力/储能电池正极。用镍均匀取代25%的锰，使得锰酸锂变为镍锰酸锂-LiNi0.5Mn1.5O4，该正极材料具备约4.7V的电压平台，这使得电池单体能量密度接近三元电池；镍锰酸锂中锰的化合价原则上处于+4价，这使得正极和电池的综合性能有所改善。当然，为了抑制锰的变价、应对高电压的影响，镍锰酸锂的实用化需要有效的合成与改性手段，也需要配套电解质体系的支持。
镍锰酸锂专利布局：初具规模镍锰酸锂电池正极处于有效、实质审查和公开状态的专利数较少，主要申请量在中国，主要申请人是高校和科研院所，也包含部分电池、正极企业。
镍锰酸锂相关专利主要包括基体合成和包覆改性两方面内容。从合成环节来看，尖晶石相镍锰酸锂可以通过各类固相法、共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法获取所需物相，也可在合成过程中进行金属元素掺杂改性。从表面包覆环节来看，碳、金属氧化物等的使用率相对较高。另外，尖晶石相镍锰酸锂可以和铁锂正极复合（铁锂作为包覆层），可以和三元正极复合（二者互掺杂）。作为高电压正极材料，镍锰酸锂也有配套耐压电解液方面研究工作。
总体而言，镍锰酸锂本身的合成和改性难度不算很高，电池材料体系的总体设计和成本控制重要性较大，实际应用变数较大。如果进展顺利，不排除其同时和铁锂、三元两条技术路线展开竞争，并进一步拓展锂离子电池应用范围的可能。
一、锂电正极材料，所有体系都未停下脚步
1、锂电池能量密度的决定因素：电极容量与极间电压
锂离子电池中，不同正负极活性物质的比容量和对锂电压不同，辅助组元的用量不同，多因素共同影响了电池的质量能量密度（以Wh/kg计）：
E=U/[1/Qc+1/Qa+minact]
可以看出，更高的正极比容量、更高的负极比容量和更高的电池电压（以及更少的辅助组元），是高能量密度电池的理论实现路径。
根据储锂的基本原理不同，正负极材料都可以分为相变材料和插层材料两大类。一共四大类材料的容量和对锂电压范围归纳于下图：插层型材料总体而言容量偏低，而相变型材料容量偏高；正极材料容量偏低，负极材料容量偏高。
当前规模化应用的正负极材料主体是插层型材料。部分相变型负极材料，以硅为代表，通过掺杂形式获得了少量实际应用（可参见研究报告：负极硅碳，风语黎明）；而相变型正极材料，包括氯化物、硫化物、氟化物、碘化物等，虽然科学研究努力不断，但受限于材料动力学因素、综合性能权衡限制等，实际应用成熟度仍然较低（可参见研究报告：锂硫电池：仰望星空到脚踏实地）。质优价廉的石墨负极，其容量即可实现接近mAh/g，遑论硅基负极；而相对电压较高（均值3V以上）的正极体系容量仍然在mAh/g之内。这也使得整个锂电池的活性物质体系内部，正极容量不足、影响电池综合性能的问题显得尤为突出。
瓶颈拥有最高地位。体现正极重要性的另外一个明显的例子是，Goodenough老先生凭借对多种正极的发明，位居锂电池领域诺贝尔奖三位得主之首。
2、层状材料、尖晶石和橄榄石，商业化应用的正极结构
当前广泛应用的插层正极材料根据晶体结构不同，包括了层状材料、尖晶石和橄榄石三大体系。
层状正极材料代表如钴酸锂、三元材料；尖晶石正极材料代表如锰酸锂；橄榄石正极材料代表如磷酸铁锂。铁锂和三元两条技术路线长时间相持至今，高镍化、高电压化是层状结构正极电池性能提升的技术趋势，从铁锂向铁锰锂进军是橄榄石结构正极电池补足能量密度短板的相对切实可行的方法。
而对于尖晶石结构正极，提升对应电池能量密度、优化综合性能表现的努力也并未停止。
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