摻雜稀土的鋰電池正極材料層狀LiMnO2研究進展

層狀LiMnO2具有比容量高、價格低、污染小等優點,符合鋰電池正極材料的高性能、低成本和環境友好的發展趨勢。然而,在充放電過程中材料的不可逆容量大,主要是因為在充放電過程中,會部分轉化為,使得層狀LiMnO2在循環過程中晶胞反復收縮與膨脹,從而單斜LiMnO2向尖晶石相結構轉變而引起容量衰減。為此,諸多研究者使用稀土元素對層狀LiMnO2材料進行改性,那現今的研究進展到怎樣的程度呢?

氧化鑭圖片

稀土離子半徑比較大,能與LiMnO2形成良好的固溶體,這有利于鋰離子的脫嵌,從而提高材料的比容量和循環穩定性。

趙桂網等采用溶膠凝膠法合成了摻雜不同La3+比例的LiMn1-xLaxO2,研究表明,不同摻雜量所得的材料為斜方晶系層狀結構,純度較高,力度分布較均勻。摻雜4%La3+的層狀錳酸鋰循環穩定性較優越,首次放電比容量達到102mAh/g,經過20次循環后容量基本穩定,其優異的循環性能是由于La3+摻雜增強了LiMnO2的結構穩定性。循環伏安測定試樣證明了這一點,20次循環后,LiMnO2的氧化峰消失,而摻雜式樣有明顯的氧化還原峰,說明摻雜試樣結構更穩定。

鋰電池圖片

栗智等采用水熱法合成了用于鋰電池正極材料LiMn1-xRexO2。研究發現,摻雜Re3+后,正極材料保持了良好的層狀結構,結晶度好,未改變材料的形貌。不同摻雜量對材料性能影響不同,其中LiMn0.979Re0.021O2電化學性能最佳,研究者認為,在層狀LiMnO2中摻雜部分Re3+后,可以起到減低材料中MnO6八面體的扭曲應力,減小材料的結構畸變,從而增強材料的電化學循環可逆性,改善了材料的電化學性能。

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