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随着电子设备和电动车的快速发展,对锂离子电池性能提出了更高的要求。而尖晶石型锰酸锂因为其原材料丰富、放电平台电压高、可大电流充放电等优点被视为最具商业化前景的锂离子电池正极活性材料之一。但阻碍其大规模商业化发展步伐的是 LiMn2O4在充放电循环过程比容量衰减快、循环稳定性、尤其是高温循环稳定性差。本文通过概述LiMn2O4研究现状,并总结归纳出了造成LiMn2O4容量衰减的主要原因;针对Jahn-Teller效应和Mn3+的歧化分解导致LiMn2O4性能降低的原因,分别以掺杂金属阳离子和氧化物包覆的方法来改善 LiMn2O4的高温循环性能。 采用高温固相法分别制备了 LiMn2O4、LiMgyMn2-yO4(y=0.02、0.05、0.10、0.20)、LiAlyMn2-yO4(y=0.05、0.10、0.20、0.25)、Al2O3-LiAl0.2Mn1.8O4(0.3wt.％,0.5wt.%,1.0wt.%,2.0wt.%)、AlPO4-LiAl0.2Mn1.8O4(0.5wt.%,1.0wt.%,2.0wt.%,3.0wt.%)样品,分别研究掺杂和包覆对LiMn2O4的性能影响。并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分别对不同的样品进行了表征,研究了其晶体结构与微观形貌。从物理表征中可以看出,微量的掺杂或包覆对锰酸锂的晶体结构影响不大,但掺杂和包覆可以引起样品颗粒团聚。将不同样品分别制成电极片,组装成扣式半电池,在高温(60℃)环境下测试其循环伏安曲线和恒流充放电曲线。结果表明,适量掺杂后的样品相对于未掺杂的 LiMn2O4可逆性得到了明显提高,Mg掺量y=0.10和Al掺量y=0.20的初始比容量分别为84.3mAh/g、93.2 mAh/g,在100次循环后,比容量损失率分别为5.8%、3.4%。适量包覆后的样品的可逆性相对于未包覆的LiAl0.2Mn1.8O4也得到了提高,Al2O3包覆量2.0wt.%和AlPO4包覆量1.0wt.%的初始比容量分别为81.4mAh/g、87.4mAh/g,在100次循环后,比容量损失率分别为3.5%、6.5%。这主要是因为掺杂 Mg和 Al元素,固定了 LiMn2O4的尖晶石结构,提高了样品的电子导电性,抑制了循环过程中的Jahn-Teller效应。而包覆Al2O3和AlPO4可以阻隔电解液腐蚀活性物质,阻隔Mn3+离子的歧化溶解。从恒流充放电曲线中可以看出,掺杂Mg和Al元素明显改善了锰酸锂样品的循环稳定性,尤其在60℃的高温环境下,100次循环后的比容量衰减明显降低。包覆Al2O3和AlPO4的样品相对于LiAl0.2Mn1.8O4的循环稳定性也有所提高。