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本文利用差热分析仪(DTA)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电池综合性能测试仪系统研究了合成工艺因素、稀土取代元素对高温固相法、Pechini法制备的尖晶石型LiMn2O4样品的组织结构、形貌、电性能的影响规律,主要结果如下: 系统探讨了原料配比(Li2CO3,MnO2)、烧结温度和烧结时间对高温固相法制备的LiMn2O4样品的结构和电化学性能的影响规律,当合成时间为24h时,获得纯尖晶石LiMn2O4相的烧结温度必须高于700℃,最佳温度为750℃-850℃,750℃样品的初始容量达到114.5 mAh·g-1。并且在富锂状态下,合成的材料电化学性能较好,Li1.02Mn2O4的首次充放电性能可为118.1mAh·g-1。 在研究高温固相反应合成LiLaxMn2-xO3.95F0.05样品的结构、循环稳定性能时得出,当x<0.03时,样品具有单一的尖晶石结构,随着稀土掺杂元素La含量的增加,样品中则会出现La2O3杂质相;少量的稀土La掺杂有利于提高样品的循环稳定性能,但其初始容量有所下降,F元素的掺入有利于提高样品的初始容量, La、F这二种元素同时掺杂获得的LiLa0.02Mn1.98O3.95F0.05样品具有优良的电化学性能,在室温下经30次充放电循环后,其放电容量仍保持114.6mAh·g-1。 采用Pechini法合成掺杂LiMn2O4,通过稀土元素La、Ce和Nd三种离子单独与相互复合掺杂来改善材料的稳定性。掺杂样品保持了较好的尖晶石结构;掺杂材料的初始容量都有所不同的下降,但有效的抑制了 Jahn-Teller效应,使循环性能得到了改善。其中 LiCe0.015Nd0.015Mn1.97O4材料的首次放电量为122.6mAh·g-1,经过在室温下30个循环以后放电量还保持在113.1mAh·g-1,容量保持率达为91.3％。 从理论上探讨了造成尖晶石 LiMn2O4容量衰减问题, Jahn-Teller造成Li2Mn2O4杂相的出现,而Mn的溶解使材料出现λ-MnO2和岩盐相Li2MnO3,使得材料的尖晶石结构遭到破坏,衰减率增大,循环性能降低,从而影响材料的电化学性能。电解质的分解和自放电等原因,也能影响材料的电化学性能。