自從上個世紀(jì)90年代，索尼推出了第一款鋰離子電池以來，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，鋰離子電池在能量密度有了巨大的提升，從最初的70wh/kg，增加到目前的200wh/kg以上。然而目前鋰離子電池能量密度的提高遇到了瓶頸。在目前電池結(jié)構(gòu)沒有重大突破的前提下，只有提高電池正極和負(fù)極材料性能。
目前通過改進(jìn)正極材料，提高鋰離子電池能量密度的方法，主要有兩種，即提高材料的比容量，以及提高材料電壓。
針對提高材料的比容量，目前推出了高鎳體系材料的NCA和NCM材料，比容量可以達(dá)到200mAh/g左右，遠(yuǎn)高于鈷酸鋰的140mAh/g比容量，這極大的提高了鋰離子電池的容量。但是這些高容量材料也存在許多問題。例如高鎳材料循環(huán)性能較差，材料生產(chǎn)較為困難，成本高，以及高鎳材料勻漿和涂布困難等。高鎳材料要進(jìn)一步占領(lǐng)市場，還需要克服許多困難，降低成本。
目前韓國和日本，以及部分國內(nèi)廠商都推出了NCM和NCA材料，但是目前這些材料的市場占有率還不高。針對提高材料的電壓，目前主要有兩種方法，一種是提高目前鈷酸鋰材料的工作電壓。
實際上，鈷酸鋰材料充電到4.2V僅僅利用了約一半的容量，再繼續(xù)提高充電電壓，過多的鋰離子脫出，會影響鈷酸鋰材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而影響其循環(huán)性能。但是近年來，通過摻雜和表面處理，以及電解液改進(jìn)等方法，目前已將可以將其使用電壓提高到4.35V左右，大約可以提高容量約20mAh/g，從而提高電池容量。
目前這種方法電池壽命還存在問題，主要是因為鈷酸鋰材料的層狀結(jié)構(gòu)，脫鋰過多會影響其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前國內(nèi)的力神和比克等電池廠商已經(jīng)推出了基于高電壓鈷酸鋰的鋰離子電池。另外一種提高材料工作電壓的方法是改變材料體系，例如今年來吸引了眾多關(guān)注的5V高電壓材料鎳錳酸鋰。
近年來，關(guān)于LiNi0.5Mn1.5O4材料相關(guān)方面的研究和應(yīng)用在國內(nèi)外均形成快速增長的勢態(tài)，一些公司如日本SANYO、韓國LG化學(xué)、美國Enerdel、法國CEA -Liten、以色列ETVM公司已經(jīng)在開始嘗試LiNi0.5Mn1.5O4材料的商品化開發(fā)問題。而日本大金工業(yè)也開發(fā)出了專用于該材料的氟類電解液。
鎳錳酸鋰材料具有尖晶石結(jié)構(gòu)，相比于鈷酸鋰材料的層狀結(jié)構(gòu)，尖晶石結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，具有三維鋰離子擴散通道，更加有利于鋰離子的擴散。鎳錳酸鋰材料的工作電壓平臺高達(dá)4.7V，可逆容量達(dá)到146mAh/g，相比于鈷酸鋰材料的3.7V工作電壓平臺，具有非常大的優(yōu)勢。
鎳錳酸鋰是正在開發(fā)中的具有誘人前景的鋰離子電池正極材料，與鈷酸鋰正極材料相比，其輸出電壓高、成本低、環(huán)境友好。
與錳酸鋰正極材料相比，其在高溫循環(huán)下的穩(wěn)定性大大提高；與磷酸亞鐵鋰正極材料相比，其制備工藝簡單，生產(chǎn)的批次穩(wěn)定性好，特別是在與鈦酸鋰負(fù)極相匹配時，磷酸亞鐵鋰-鈦酸鋰單體電池僅有1.9V輸出電壓，而鎳錳酸鋰-鈦酸鋰單體電池輸出電壓可高達(dá)3.2V，優(yōu)勢非常明顯。
鎳錳酸鋰的合成較為簡單，目前的鋰離子電池材料的生產(chǎn)技術(shù)可以直接用在鎳錳酸鋰的生產(chǎn)上。目前鎳錳酸鋰的合成方法主要有，球磨法，共沉淀法，溶膠凝膠法，噴霧干燥法等。其中球磨法和共沉淀是較為可行，并且技術(shù)成熟度較高的方法。
目前市場上還沒有實質(zhì)意義上的正式生產(chǎn)。一方面，鎳錳酸鋰屬于三種金屬元素(鋰、鎳、錳)的復(fù)合氧化物，在合成上用常規(guī)方法難以實現(xiàn)各原料成分的均勻混合；另一方面，對于這種電壓平臺達(dá)4.7V，充電截止電壓達(dá)5.2V的高電位材料的電化學(xué)性能、特別是其在實用電池體系中的電化學(xué)特性方面的認(rèn)識并不十分清楚；另外，鑒于目前市場上能承受這種高電壓下穩(wěn)定工作的電解液還很難找，進(jìn)而也影響了鎳錳酸鋰在應(yīng)用市場上的內(nèi)在需求。
總的來說鎳錳酸鋰真正商用還要克服傳統(tǒng)合成方法存在的材料混合不均勻的問題，以及解決高電壓電解液的問題。5V高電壓材料的出現(xiàn)，使高能量密度鋰離子電池的發(fā)展迎來曙光，相信隨著技術(shù)難題的逐步克服，5V鎳錳酸鋰材料將迎來巨大的市場需求。
