掺杂改性富锂锰基正极材料的研究现状

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。

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