尖晶石型錳酸鋰（LiMn2O4）是由Hunter于1981年首次合成的一種具有三維鋰離子通道的正極材料。這種材料因其價格低廉、電勢高、環保且安全性能良好，被認為是有潛力替代鈷酸鋰（LiCoO2）的新一代鋰離子電池正極材料。
物理性質
尖晶石型錳酸鋰是一種典型的離子晶體，具有正、反兩種構型。通過X射線衍射（XRD）分析可知，正常的尖晶石型錳酸鋰具有Fd3m對稱性的立方晶系結構，晶胞常數a約為0.8245納米，晶胞體積約為0.5609納米3。在這種結構中，氧離子呈面心立方密堆積，鋰離子占據1/8氧四面體間隙的位置，錳離子則占據氧1/2八面體間隙的位置。單位晶格內包含56個原子，包括8個鋰、16個錳原子和32個氧原子，其中錳離子既有Mn3+也有Mn4+，兩者占比均為50%。尖晶石結構的晶胞邊長是普通面心立方結構的兩倍，因此每個晶胞實際由8個立方單元構成。這些立方單元分為甲、乙兩種類型，每兩個共面的立方單元屬于不同的結構類型，而每兩個共棱的立方單元則屬于同一種結構類型。每個小立方單元內的四個氧離子分別位于體對角線中點至頂點的中心，即體對角線1/4與3/4處。尖晶石型錳酸鋰的結構可以簡單描述為8個四面體8a位置由鋰離子占據，16個八面體位置（16d）由錳離子占據，其中錳離子是Mn3+和Mn4+按照1:1的比例占據，而八面體的16c位置則是空位，氧離子占據了八面體32e位置。這種結構中，MnO6氧八面體相互連接形成一個連續的三維立方排列，從而為鋰離子的擴散提供了由四面體晶格8a、48f和八面體晶格16c共面形成的三維空道。鋰離子在這一結構中的擴散遵循8a-16c-8a的直線路徑，擴散路徑的夾角為107°，這也是尖晶石型錳酸鋰作為二次鋰離子電池正極材料的基礎。
生產工藝
尖晶石型錳酸鋰的生產通常使用EMD（電解二氧化錳）和碳酸鋰作為原料，并加入適當的添加劑，經過混合、燒結和后處理等步驟完成。這種生產過程不會產生有害物質，也不會排放廢水廢氣，產生的粉末還可以回收利用，因此對環境的影響較小。市場上的錳酸鋰產品主要有A類和B類兩種，A類主要用于動力電池，強調安全性及循環性，可逆容量在100~115MAH/g之間，循環次數超過500次仍能保持80%以上的容量（1C充放）。B類則適用于手機電池類的替代品，追求高容量，一般要求容量在120mAh/g左右，對于循環性的要求相對較低，循環次數在300~500次之間，容量保持率能達到60%以上即可。需要注意的是，A類產品的價格相對于B類產品來說更高。
參考資料 >
尖晶石型錳酸鋰制備及其電化學性能.百度學術搜索.2024-10-23
鋰離子電池正極材料④——尖晶石型錳酸鋰丨鋰離子電池.百家號.2024-10-23
尖晶石型錳酸鋰:高端產品還是常規選擇.愛采購.2024-10-23