隨著三元材料在動(dòng)力電池領(lǐng)域逐漸上量，錳酸鋰電池面臨著巨大的挑戰(zhàn)。近幾年科學(xué)家不斷研究出制備錳酸鋰材料技術(shù)及對(duì)錳酸鋰材料摻雜一些陽(yáng)離子進(jìn)行改性。那為什么用稀土元素進(jìn)行改性錳酸鋰材料受到業(yè)內(nèi)人員高度關(guān)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(guò)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(jié)果表明,大部分陽(yáng)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(duì)陽(yáng)離子摻雜進(jìn)行了總結(jié),并提出了選擇摻雜離子的原則。摻雜F-后,錳的平均氧化價(jià)有所降低,摻雜S2-后,在循環(huán)過(guò)程中可保持材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,克服尖晶石結(jié)構(gòu)發(fā)生Jahn-Teller效應(yīng)。
為了進(jìn)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(guān)注。稀土離子摻雜改性的機(jī)理是摻雜的稀土離子部分取代Mn3+,而進(jìn)入到晶格中,減少M(fèi)n3+歧化溶解,并控制陽(yáng)離子混排和抑制Jahn-Teller效應(yīng),強(qiáng)固結(jié)構(gòu)。由于稀土離子的半徑在0.08～0.11nm,大于錳離子,其摻入擴(kuò)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(xué)性能。目前,在材料中摻雜過(guò)的稀土元素有La,Pr,Sm,Dy,Nd,Ce,Y,Eu,Yb,Gd等。
結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),從而減少因其結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致容量衰減,提高循環(huán)性能。
