元素能够构成LiMnO2和LiMn2O4两种结构电活性正极资料，前种结构相似LCO，归于层状结构，简称层锰或以符号LMO-layer表明，电压渠道3.6V，理论比容量285mAh/g；后者则是业界十分了解并现已许多运用的尖晶石锰酸锂，可用符号LMO-spinel表明，电压渠道4V左右，理论比容量148mAh/g，本章节首要评论层状锰酸锂LMO-layer。

　　元素能够构成LiMnO2和LiMn2O4两种结构电活性正极资料，前种结构相似LCO，归于层状结构，简称层锰或以符号LMO-layer表明，电压渠道3.6V，理论比容量285mAh/g；后者则是业界十分了解并现已许多运用的尖晶石锰酸锂，可用符号LMO-spinel表明，电压渠道4V左右，理论比容量148mAh/g，本章节首要评论层状锰酸锂LMO-layer。

　　在现在已探明的资源储量中，钴的储量约为710万吨（USGS，2016），镍的储量为7400万吨（USGS，2015），而锰的储量为5.7亿吨（USGS，2015），假如再考虑到海底的锰结核，则锰资源量或许超过了150亿吨——尽管钴镍锰三兄弟在元素周期表上的方位很近，但家底却以数量级方法递加。

　　所以，假如能悉数选用锰作为锂电正极资料，那资源不是问题、价格不是问题、乃至环境也不是问题（锰毒性远比钴镍低得多），但锰有自己的问题—无论是层锰仍是尖晶石锰酸锂都是病秧子、前一个结构不稳，难以组成；后一个在高温循环中功能敏捷衰减。用盛行的一句话反过来说——天主给你开了扇窗，却一起把门给你关上了！

　　与镍的状况正好相反，锰一般以+4价最为安稳，所以LiMnO2中的+3价Mn3+也十分易于在锂离子脱嵌过程中构成+4价Mn4+，哪怕是锂离子悉数脱嵌出去构成仅有锂空位的“□MnO2”（锰的化合价全变成+4价），从化合价上来看也是安稳，究竟自然界软锰矿（首要成分MnO2）多的是，而比照之下，自然界找不到含CoO2或NiO2的矿藏。

　　层状锰酸锂的首要问题是组成困难以及在循环中的结构不安稳。金属锰原子的外围电子排布是3d54s2，从由氧构成的八面体配位场中，Mn4+八面体场安稳性高于Mn3+八面体场，前者具有更好的对称性。

　　如下图所示，失掉4个电子变成Mn4+后外围就剩下3d轨迹的3个电子，在此状况下3个d电子刚好填入三个低能级t2g轨迹（dxy、dxz、dyz），坚持了轨迹的完美对称性。但假如是失掉3个电子变成Mn3+后外围3d轨迹剩下的是4个电子，受电子成对能约束，4个电子依然以高自旋方法（单电子）散布在4个d轨迹上，这就使得原先处于高能级的轨迹进一步与低能级的d轨迹进行从头的能级割裂……

　　简略说一下，在Mn3+方法下的4电子年代，除了原先的3个d电子尚能坚持必定的对称散布，第4个d电子更多地向z轴方向会集散布，使得本来规范的锰氧正八面体被拉长14%左右，而构成了一种歪曲的菱方结构。

　　具体表现在，晶体结构上的成果，便是主晶层与间晶层从本来的规矩层状穿插摆放改变为以波纹状穿插摆放，是典型的热力学不安稳结构。因而，层锰LiMnO2在实际中的组成难度可想而知。

　　为此，层状锰酸锂的组成一般是用离子半径更大的钠先组成层状α-NaMnO2，然后用离子交换的方法，让钠离子下来，锂离子上去得到层状LiMnO2。

　　固相法组成层锰一般是直接运用+3价的锰质料（例如γ-MnOOH），也能够运用+4价的锰质料，然后在反响中复原到+3价。但需求留意的是+3价的锰对氧气十分灵敏，极易触摸氧气构成其它的锂锰氧化物，需求全程高线℃），一起组成结束后需求快速冷却到Mn3+的氧化活性温度以下，防止+3价锰的氧化，不然会产生以下副反响：

　　不但如此，即便组成了层锰，其结构在充放电循环中也简略逐步产生层状到尖晶石型的改变，也是经不起革新长时间检测的病秧子。

　　层锰的优势不仅仅在于资源优势，由于+4价的锰为安稳价态，所以LiMnO2能够在较低充电截止电压下表现出更大的锂脱嵌深度。1996年Armstrong（中文直译：臂膀有劲儿，意思是能拧过大腿？）初次报导了初次放电容量高达270mAh/g的LiMnO2的组成与性质，相当于95%的锂脱嵌深度。

　　“较低的充电截止电压下具有更大的锂脱嵌深度”—这句线在均匀电压方面的下降。实际上，在LiMO2系列的资猜中，其均匀作业电压是从钴、镍、锰顺次下降的，LCO的均匀作业电压为3.8V，LNO均匀作业电压只要3.7V，而层锰LiMnO2在相同的比容量下的均匀作业电压只要3.6V。

　　众所周知，资料的比能量是电压与比容量的乘积，所以经过简略数学联系不难揣度，与其开发一款比容量200mAh/g的LiMnO2资料，还不如开发比容量为180mAh/g的高压LCO。由于，只要开发具有更高比容量的层锰资料才干凸显其在比能量方面的更大优势。

　　说到资料电压与比容量联系，我想起一个笑话，某年曾经有主管部门发布项目攻略，鼓舞开展高比能量正极资料，其间要求资料比容量大于等于180mAh/g，而没提电压的要求。这就比如咱们在证明一个水电站项目时只考虑水蕴藏量而不考虑落差相同，成果只能得出在海滨建筑水电站是最佳计划。

　　要知道，一般的橄榄石资料理论的比容量才170mAh/g，而尖晶石资料理论的比容量才148左右，这不是象“萝卜招聘”相同的“萝卜项目攻略”吗？假如朴实为了打项目主管部门的脸的话，其实彻底能够用硅碳、锡这类资料去申报，你不便是要容量大吗？我4200mAh/g的比容量够不够？因而，针对LiMnO2的高比容量也要结合其均匀电压渠道来归纳考评。

　　回到本文主题，LiMnO2在运用中也存在着不安稳性——假如将LiMnO2的化学式系数加倍即Li2Mn2O4，这相当于一个锂化尖晶石LiMn2O4结构，特别是关于锂脱嵌50%左右的LiMnO2，基本上与尖晶石LiMn2O4而十分接近了，而后者是一个热力学安稳结构……

　　所以LiMnO2在运用中会存在一个逐步向尖晶石相结构改变的不可逆过程。而从下图能够看出，当右图LiMnO2中16c位的锂离子脱嵌出去今后，与左图LiMn2O4的尖晶石结构就十分接近了。

　　另一方面，锰的安稳价态为+4价，但LiMnO2中的锰其初始均匀价态为+3，而Mn3+又是一个十分简略产生歧化反响的离子，从而导致结构失效：

　　针对LiMnO2的有用改进也是以体相掺杂为最首要的作业，文献报导过的针对层锰的掺杂元素基本上是将常见的元素逐个耕耘了一遍，其间有意义的仍是与Co、Ni的自家兄弟之间的“互帮互助”，如LiMn1-xNixO2、LiMn1-xCoxO2系列复合氧化物，当然还有LiNi1-xCoxO2系列，统称为二元正极资料。

　　2001年，Ohzuku初次制备成LiNi0.5Mn0.5O2二元正极资料，在2.5~4.5V之间约有200mAh/g的比容量以及杰出的循环功能、安全功能，但资猜中大约有8%~10%的Li+/Ni2+混排存在，这极大地影响了锂的分散途径，恶化了资料的倍率功能。当时市场上除了NCA牵强算作二元资料外，还没有其它的二元资料完成商品化运用。

　　LiMnO2还有一种特别的掺杂是运用过量的锂代替锰进行的掺杂，即Li(Li1/3Mn2/3)O2，假如消除分母即得到Li2MnO3，其间的锰悉数为+4价的Mn4+。从电极资料结构来说，这种掺杂是十分失利的——依据等大球体的六方严密堆积原理，在1mol的Li2MnO3中，共有3mol的氧八面体空地和6mol的氧四面体空地。

　　显着，这3mol的氧八面体空地被2mol锂和1mol锰悉数占有，现已没有空余的氧八面体空地承受锂离子的嵌入。别的，从组成元素的化合价态剖析，由于锰现已悉数是+4价，Li2MnO3也不能进行锂离子的脱嵌（除非锰持续氧化为+5价）。所以，Li2MnO3在2.0~4.5V范围内没有任何电化学活性。

　　网络上曾听说过一个段子，说孙悟空他爹最凶猛，居然能让石头怀上孕，其实科学家有时候比孙悟空他爹还凶猛—有学者经过恰当的酸浸、热处理等一系列“回魂”后，Li2MnO3居然在4.8V有了电活性——能够以Li2O的方法全体脱出，剩下氧原子层从本来细微扭变的四方密堆散布改变为三棱锥与八面体替换散布。

　　尽管这种电活性的可逆性很差（释氧），但与其它层状资料（LiMO2）复合后，循环功能得到了显着的改进，且具有320mAh/g以上的比容量，这简直是逆天了！要知道，一般的层状资料的理论比容量才280mAh/g左右，—这便是一度神秘兮兮的富锂锰，后边咱们会独自进行介绍。

　　假如能悉数选用锰作为锂电正极资料，那资源不是问题、价格不是问题、乃至环境也不是问题（锰毒性远比钴镍低得多），但锰有自己的问题—无论是层锰仍是尖晶石锰酸锂都是病秧子、前一个结构不稳，难以组成；后一个在高温循环中功能敏捷衰减。

　　锂电池的运用广泛，从民用的数码、通讯产品到工业设备到特种设备等都在批量运用，不同产品需求不同的电压和容量，因而锂离子电池串联和并联运用状况许多，锂电池经过加装维护电路、外壳、输出而构成的运用电池称为P