正極材料是鋰電池最為關鍵的原材料，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，是目前世界范圍內已進入商業化的正極材料之一，具有以下優點：

①錳(Mn)儲量豐富，尤其是我國更是儲錳大國，資源豐富，因此其電池成本可大大降低，有利于大批量工業化生產和應用；

②由LiMn₂O₄陰極制成的電池安全性好，耐過沖放電，甚至無需保護電路；

③錳(Mn)無毒無污染，其再生利用問題的解決在一次電池中已經積累豐富的經驗，因此采用LiMn₂O₄陰極材料對環境保護有利。

LiMn₂O₄立方尖晶石晶胞結構

總之，晶石型LiMn₂O₄正極材料被普遍認為是最具有發展潛力的儲能材料之一，其制備工藝也成為了業界的一個研究熱點。

錳酸鋰的先進制備工藝

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單、可大批量生產及成本低廉等優點，但煅燒溫度較高；溶膠-凝膠法的優點是產物顆粒細小，化學成分均勻，純度較高，但成本較高，不利于大規模生產；共沉淀法的優點是容易控制合成條件，制備的樣品顆粒分散均勻、細小、結晶度好，但生產工藝流程繁瑣，控制操作比較麻煩。這些方法都存在制備時間過長、工藝繁雜、過程不易掌控等缺點。

為了更高效低成本地制備LiMn₂O₄，目前業界已經開始研究微波輻射在正極材料的制備上的應用。如微波誘導燃燒合成，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域中當紅，有著廣闊應用前景的工藝。查閱可知，它是在自蔓延高溫合成和低溫燃燒合成的基礎上發展起來的技術，主要利用微波快速升溫到反應物著火溫度，從而引燃反應生成納米材料。

與上述制備方式相比，微波輻射具有處理時間短、能耗低的優點，可將反映時間從數小時縮短到秒。而且可獲得特殊結構的材料，產物粒徑小且尺寸比較均勻，同時材料的初始容量和容量保持率都有所提高。最重要的是，在合成過程還可以利用摻雜改性技術，提高尖晶石型 LiMn₂O₄正極材料的循環穩定性。

Cu摻雜LiMn₂O₄正極材料樣品SEM圖

商業化關鍵

顯然，利用微波誘導燃燒合成法合成電極材料，將會降低電極材料生產成本。但是在微波輻射下納米粒子的生長情況會受很多因素的影響，如燃料的種類、反應物的量、微波功率、反應溫度、pH等都是微波誘導燃燒過程的控制參數。這些因素會對納米材料的晶型、尺寸、比表面積、發光性能、磁性等產生很大影響。

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？歡迎關注11月24-26日即將在珠海舉辦的“2022年全國新能源粉體材料暨增效輔材創新發展論壇（第二屆）”。屆時，來自湖南工程學院的蘇長偉教授將發表題為《微波誘導燃燒法制備錳酸鋰正極材料及其性能研究》的報告，介紹微波誘導燃燒合成尖晶石錳酸鋰的工藝及其電化學性能，并為其工業化生產指明方向，歡迎大家關注！

關于報告人

蘇長偉，男，1980 年生，博士，教授，碩士研究生導師，湖南省電池行業協會理事，中國儀表功能材料學會委員，《電池》期刊的特邀審讀專家，湖南納菲爾科技有限公司技術顧問，上海豐豫新材料公司技術總工。研究方向為電化學制備功能材料，主持或參與國家自科學基金3項，以第一發明人申請并獲得授權中國發明專利6件，出版物理化學實驗教材1部，發表學術論文60余篇，獲得國家發明獎二等獎（2011年，“高耐磨性、高耐蝕性、環保型鎢合金電鍍技術研發及應用”）1項，獲得云南省自然科學獎二等獎（“離子電池錳酸鋰正極材料制備與性能研究”2019年）。2019年獲得云南省萬人計劃青年拔尖人才，2018年獲得常德市高新區特殊人才補貼。

珠海新能源論壇會務組

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