隨著三元材料在動力電池領域逐漸上量，錳酸鋰電池面臨著巨大的挑戰(zhàn)。近幾年科學家不斷研究出制備錳酸鋰材料技術及對錳酸鋰材料摻雜一些陽離子進行改性。那為什么用稀土元素進行改性錳酸鋰材料受到業(yè)內(nèi)人員高度關注呢？
摻雜改性是優(yōu)化材料性能的有效方法之一。目前,研究過的摻雜元素有Ti，Ge，F(xiàn)e，Zn，Al，Ga，Cr，Ni，Co，Li，Mg，Cu，Ca，B，P，Si，F(xiàn)，S等。但結果表明,大部分陽離子改善了材料的循環(huán)性能,卻使得初始容量有所降低。陳猛等對陽離子摻雜進行了總結,并提出了選擇摻雜離子的原則。摻雜F-后,錳的平均氧化價有所降低,摻雜S2-后,在循環(huán)過程中可保持材料結構的穩(wěn)定性,克服尖晶石結構發(fā)生Jahn-Teller效應。
為了進一步探究LiMn2O4材料的改性摻雜,稀土元素因其特有的一些性質(zhì)而得到人們的關注。稀土離子摻雜改性的機理是摻雜的稀土離子部分取代Mn3+,而進入到晶格中,減少Mn3+歧化溶解,并控制陽離子混排和抑制Jahn-Teller效應,強固結構。由于稀土離子的半徑在0.08～0.11nm,大于錳離子,其摻入擴大了Li+在材料中的遷移隧道徑，起到支撐三維孔道的作用,從而提高了材料的循環(huán)性能及其電化學性能。目前,在材料中摻雜過的稀土元素有La,Pr,Sm,Dy,Nd,Ce,Y,Eu,Yb,Gd等。
結構決定性質(zhì),在錳酸鋰電池中引入稀土元素的目的是為了穩(wěn)定結構,從而減少因其結構變化而導致容量衰減,提高循環(huán)性能。
