掺杂稀土的锂电池正极材料层状LiMnO2研究进展

层状LiMnO2具有比容量高、价格低、污染小等优点,符合锂电池正极材料的高性能、低成本和环境友好的发展趋势。然而,在充放电过程中材料的不可逆容量大,主要是因为在充放电过程中,会部分转化为,使得层状LiMnO2在循环过程中晶胞反复收缩与膨胀,从而单斜LiMnO2向尖晶石相结构转变而引起容量衰减。为此,诸多研究者使用稀土元素对层状LiMnO2材料进行改性,那现今的研究进展到怎样的程度呢?

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稀土离子半径比较大,能与LiMnO2形成良好的固溶体,这有利于锂离子的脱嵌,从而提高材料的比容量和循环稳定性。

赵桂网等采用溶胶凝胶法合成了掺杂不同La3+比例的LiMn1-xLaxO2,研究表明,不同掺杂量所得的材料为斜方晶系层状结构,纯度较高,力度分布较均匀。掺杂4%La3+的层状锰酸锂循环稳定性较优越,首次放电比容量达到102mAh/g,经过20次循环后容量基本稳定,其优异的循环性能是由于La3+掺杂增强了LiMnO2的结构稳定性。循环伏安测定试样证明了这一点,20次循环后,LiMnO2的氧化峰消失,而掺杂式样有明显的氧化还原峰,说明掺杂试样结构更稳定。

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栗智等采用水热法合成了用于锂电池正极材料LiMn1-xRexO2。研究发现,掺杂Re3+后,正极材料保持了良好的层状结构,结晶度好,未改变材料的形貌。不同掺杂量对材料性能影响不同,其中LiMn0.979Re0.021O2电化学性能最佳,研究者认为,在层状LiMnO2中掺杂部分Re3+后,可以起到减低材料中MnO6八面体的扭曲应力,减小材料的结构畸变,从而增强材料的电化学循环可逆性,改善了材料的电化学性能。

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