| 标题 | 掺杂改性富锂锰基正极材料的研究现状 |
| 范文 | 段建峰 郭诚 摘?要：富锂锰基正极材料因为高的比容量（250-300mAh/g），成为目前研究的热点材料，具有非常高的商业前景，但是其还存在这很多缺点，如循環性能差、不可逆容量高等，基于富锂锰基正极材料的结构特点，综述了通过掺杂来提高富锂锰基正极材料性能的研究现状。 关键词：富锂锰基正极材料;掺杂 Research status of the doped lithium-rich manganese-based cathode material Duan Jianfeng?Guo Cheng Jiangxi College of Applied Technology?JiangxiGanzhou?341000 Abstract：The lithium-rich manganese-based cathode material has great market prospects，due to its high discharge specific capacity（250-300mAh/g）.But it still has many problems，such as poor cycle performance，high irreversible capacity and so on.In this paper，Based on the the structure of the lithium-rich manganese-based cathode material，the research progress in the doped structure was reviewed. Key words：The lithium-rich manganese-based cathode material;doping elements 近年来，富锂锰基正极材料成为研究热点。富锂锰基正极材料的能量密度是目前正极材料的1.5-2倍，最具有市场前景;但是其还存在许多不足，如循环性能差、不可逆容量高，循环过程中平台电压降低等，严重影响了其商业化。 富锂锰基正极材料有三种不同、可以互换的表达形式，分别是：（1）xLi?2 MnO?3·（1-x）LiMO?2（M=Ni、Co、Mn、……，0 1 Li+位掺杂 Cao等[1]采用Na+对Li?1.17Na?0.03[Co?0.13Ni?0.13Mn?0.54]O?2材料进行掺杂，材料的放电比容量为307 m A·h/g，循环100次容量保持率为89%。在大电流密度2400 m A/g下，容量仍有139 m A·h/g。 Li等[2]采用K+对 Li?1.20Mn?0.54Co?0.13Ni?0.13O?2中的Li+进行部分取代，在电流密度为20 mAh·g -1下，循环110周，掺杂K+材料的放电比容量高达267 mAh·g-1，容量保持率为85%。 2 过渡金属层掺杂 XIANG等[3]采用Mg2+掺杂LI?1.2NI?0.12CO?0.12MN?0.56O?2正极材料，实验结果表明，当MG的掺杂量为3%（摩尔分数）时，所得材料的电化学性能最好，0.1C时放电比容量达到205.4MAH/G。 王伟国等[4]采用TI4+对了LI[LI?0.2NI?0.2MN?0.6]O?2材料进行掺杂，实验结果表明，掺杂为2%TI的材料的电化学性能最好，0.1C倍率下，首次放电比容量为226MAH/G，循环30次，仍有保持230MAH/G。 S.F.KANG等[5]采用稀土元素 Y 对LI[LI?0.20MN?0.534NI?0.133CO?0.133]O?2材料进行掺杂，实验结果表明，充放电倍率为0.1 C时，掺杂Y材料的首次放电比容量达到 349.7 M AH/G，而未掺杂的只有253.7 M AH/G。 徐宝和等[6]采用共沉淀合成LI[LI?0.15MN?0.575NI?0.275]?1-XSI?XO?2（0≤X≤4%）正极材料，实验结果表明，在2.75V-4.2 V电压区间充放电，掺杂量X=1%的材料电化学性能最佳，首次放电容量为146.7 MAH/G，200次循环容量保持率为92%。 目前主要的过渡金属掺杂有Mg[3]、Ti[4]、Fe[7]、Cr[8]、Zr、Al、Zn、Sn、Mo等。 3 O2-位掺杂 因F-的电负性比O2-强，F-能够和过渡金属形成较强的化学键，从而提高材料的稳定性。J.M.Zheng等[9]研究了采用溶胶-凝胶法合成Li[Li?0.2Mn?0.54Ni?0.13Co?0.13]O?2-xF?x材料，研究了不同F掺杂量对正极材料电化学性能影响，结果表明，在2.0～4.8 V范围内，0.2 C下，当x=0.05时，50次循环后，未掺杂的F的材料保持率只有72.4%，而掺杂F的材料容量保持率为88.1%。 4 阴阳离子共掺杂 徐宝和[10]采用Mg2+和F-掺杂Li（Li?0.15Mn?0.575Ni?0.275）O?2正极材料，实验结果表明：循环200周，共掺杂2%LiF和2%MgO样品的放电比容量达到140.2mAh/g，容量保持率达到100.4%;而未掺杂的材料容量保持率为95.94%。 5 总结与展望 富锂锰基正极材料因为价格低廉、能量密度高等优点，但是循环性能差、不可逆容量高，循环过程中平台电压降低快等缺点限制了它的应用发展。通过元素掺杂，能使材料晶体结构变得稳定，但是未来还要从多方面、多维度进一步提高其电化学性能，才能让它更好的应用到市场中去。 参考文献： [1]HE W，YUAN D，QIAN J，et al.Enhanced high-rate capability and cycling stability of Na-stabilized layered Li?1.2[Co?0.13Ni?0.13Mn?0.54]O?2 cathode material[J].Journal of Materials Chemistry A，2013，1（37）：11397-11403. [2]Li Q，Li G，Fu C，Luo D，Fan J，Li L.K+-doped Li?1.2Mn?0.54Co?0.13Ni?0.13O?2 ：a novel cathode material with an enhanced cycling stability for lithium-ion batteries[J].ACS Appl.Mater.Interfaces，2014，6（13）：10330. [3]Xiang Y，Li J，Wu X，et al.Synthesis and electrochemical characterization of Mg-doped Li-rich Mn-based cathode material[J].Ceramics International，2016，42（7）：8833-8838. [4]王伟刚，胡国荣，周兴华，等.富锂锰基正极材料Li[Li?0.2Ni?0.2Mn?0.6]O?2的纳米TiO?2掺杂改性[J].华南理工大学学报（自然科学版），2017，45（10）：39-45. [5]KANG S F，QIN H F，FANG Y，et al.Preparation and electrochemical performance of yttrium-doped Li[Li?0.20Mn?0.534Ni?0.133Co?0.133]O?2 as cathode material for lithium-ion batteries[J].Electrochimica Acta，2014，144：22-30. [6]徐宝和，吴甜甜，钟盛文，等.Si4+掺杂富锂LI[LI?0.15MN?0.575NI?0.275]?1-XSI?XO?2材料性能的影响[J].有色金属科学与工程，2012，3（02）：24-27. [7]LIAN F，GAO M，QIU W H，et al.Fe-doping effects on the structural and electrochemical properties of 0.5Li?2MnO?3·0.5LiMn?0.5Ni?0.5O?2 electrode material[J].Journal of Applied Electrochemistry，2012，42（6）：409-417. [8]Jiao L F，Zhang M，Yuan H T，et al.Effect of Cr doping on the structural，electrochemical properties of Li[Li?0.2Ni?0.2-x/2Mn?0.6-x/2Cr?x]O?x（x=0，0.02，0.04，0.06，0.08）as cathode materials for lithium secondary batteries[J].J Power Source，2007，167（1）：178. [9]ZHENG J，WU X，YANG Y.Improved electrochemical performance of Li[Li?0.2Mn?0.54Ni?0.13Co?0.13]O?2 cathode material by fluorine incorporation[J].Electrochimica Acta，2013，105：200-208. [10]徐寶和.锂离子电池正极材料富锂锰基固溶体的研究进展[J].科学通报，2012，57（10）：794-804. |
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