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为改善富锂锰基材料充放电过程中首周不可逆容量高、循环稳定性和倍率性能较差等缺陷,本文依次引入Al3+和Rb+少量替代过渡金属层离子和锂层离子,并结合其形貌、结构及电化学性能具体分析了材料的最佳配比。采用喷雾干燥辅助固相合成技术制得材料Li1.2Mn0.54-xAlxNi0.13Co0.13O2(LMO-Alx,x=0、0.03、0.05、0.10、0.15)。研究发现,LMO-Alo.05材料的电化学性能最佳,0.2C充放电过程中材料的放电比容量最高可达249.9 mAh g-1,50圈循环后保持率为99.2%。这首先归因于LMO-Al0.05材料电导率的提高(3.87×10-8Scm-1),相较于LMO材料的电导率仅2.52×10-8Scm-1。此外,A13+的引入增大了材料晶胞体积,使得锂离子扩散系数从4.18×10-13cm2 s-1 (LMO)提高至 1.22×10-12cm2s-1 (LMO-Al005)。通过碳酸盐共沉淀法合成了材料Li1.2-xRbxMn0.54Ni0.13Co0.13O2 (Rbx-LMO,x=0、0.01、0.03、0.05)。结果表明,x=0.03时,Rb0.03-LMO材料经0.2C充放电100圈后容量由239 mAh g-1衰减至221.9 mAh g-1,保持率为92.8%,相比于LMO材料容量保持率仅82.9%。此外,倍率性能方面,Rb0.03-LMO材料也显示出较为优异的快速充放电能力,0.05C～5C各倍率放电容量均比LMO材料高出20～30%。这是因为,引入半径较大的Rb+拓宽了晶胞的锂层层间距,锂离子扩散系数由8.95×10-16cm2s-1(LMO)增至1.63×10-15cm2 s-1(Rb0.03-LMO);其次,键能更强的Rb-O键可抑制高压过程氧的释放,为脱锂态的富锂锰基材料提供结构支撑,缓解充放电过程中材料结构的转变,改善材料的结构稳定性,进而提高其电化学性能。