尖晶石錳酸鋰摻雜金屬離子的研究進展

中圖分類號：TQ152 文獻標志碼：A文章編號：1004-0935（2025）07-01240-06

在能源需求增加和環境問題日益嚴峻的雙重壓力下，高性能能源存儲技術成了科學研究的熱點。鋰離子電池因其高能量密度、長循環壽命和低自放電率等優點，在便攜式電子設備、電動汽車以及大規模儲能系統中得到了廣泛的應用[1]。而尖晶石錳酸鋰（ LiMn₂O₄ ）作為一種有潛力的鋰離子電池正極材料，因其錳資源豐富、成本低和相對安全而備受關注[2]。然而，尖晶石錳酸鋰在實際應用中仍面臨一些挑戰。例如，其容量衰減較快、循環穩定性不足等問題，限制了其更廣泛的商業化應用。

尖晶石錳酸鋰，分子式 LiMn₂O₄ ，黑灰色粉末，立方晶系，尖晶石型 LiMn₂O₄ 中的四面體 8a 、48f和八面體晶格16c共面而構成互通的三維離子通道有利于 Li⁺ 的嵌入和脫出[3]。工作電壓 3.5～4.3V ，理論比容量 148mAh?g^-1 ，而實際約為 110mAh?g^-1 。錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優點。但存在著容量衰減嚴重的問題，尤其是在高溫（ 55^°C ）下，循環性能較差。研究表明，通過在尖晶石錳酸鋰的晶格中引入適當的金屬離子，可以有效地調整其晶體結構、電子結構和電化學性能，能顯著改善尖晶石錳酸鋰的性能[4-5]。

本文系統梳理了金屬離子摻雜尖晶石錳酸鋰的研究情況，旨在深人探討尖晶石錳酸鋰摻雜金屬離子的影響機制和效果，為提升尖晶石錳酸鋰的性能提供理論依據，推動鋰離子電池技術的發展，以滿足日益增長的能源存儲需求。

導致尖晶石型錳酸鋰正極材料容量衰減的原因及改善方法

1.1 Jahn-Teller效應

Jahn-Teller效應是一種結構畸變現象，畸變使材料從立方相轉變為四方相，晶體結構發生改變[5]，進而影響了 Li⁺ 離子的遷移和擴散，從而影響材料的電化學性能[。在錳酸鋰中，有 Mn³⁺ 和 Mn⁴⁺ ，平均價態為 +3.5 。在放電初期，主要存在 Mn⁴⁺ ，但隨著放電進行， Mn⁴⁺ 逐漸被還原為 Mn³⁺ ，特別是在過度放電時，較大量的 Mn⁴⁺ 被還原，導致錳離子的價態降低至 +3.5 以下[7]，Jahn-Teller效應加重，嚴重影響其比容量和循環穩定性。

1.2 錳的溶解

錳的溶解是錳酸鋰容量迅速衰減的主要因素之一，包括 Mn³⁺ 的歧化反應，以及電解液里HF酸與正極材料反應所產生的溶解[8]。在初始放電時，錳酸鋰中的 Mn⁴⁺ 逐步被還原成 Mn³⁺ ， Mn³⁺ 的數量緩緩增加，放電末期或過度放電時， Mn³⁺ 數量過多，平均價態低于 +3.5 ，不但會出現Jahn-Teller效應，而且還會引發 Mn³⁺ 的歧化反應[8（即發生反應2Mn³⁺=Mn⁴⁺+Mn²⁺） 。一方面， Mn³⁺ 的數量決定著錳酸鋰正極材料的比容量，所以歧化反應對錳酸鋰的電化學性能產生了嚴重影響；另一方面，歧化反應生成的 Mn²⁺ 溶解于電解液內， Mn 離子的溶解不可逆轉，同時Mn離子的溶解損壞了材料的尖晶石結構，致使錳酸鋰比容量顯著下降，循環性能效率低。

另外， Mn²⁺ 溶解在電解液中會積聚于負極處，不利于鋰離子在晶體結構中的脫出和嵌人，降低了鋰離子的擴散速度，甚至可能導致電池短路，進而引發安全問題。

1.3 電解液的分解

在鋰離子電池的充放電循環中，電解液作為核心組件，面臨高電壓與氫離子的聯合作用，容易發生分解反應，并與鋰離子結合生成碳酸鋰鈍化層[9]，這一層物質沉積于部分電極材料之上，直接減少了可供利用的鋰離子數量，并阻礙了鋰離子的嵌入與脫出過程[10]。這一現象不僅加劇了鋰離子電池的極化現象，還增大了其內部電阻，限制了電池活性物質的全面發揮，最終造成電池容量顯著下滑。此外，電解液中微量的水分與鋰鹽相互作用，會生成具有腐蝕性的HF，該物質對錳酸鋰材料構成威脅，進一步侵蝕其結構，導致電池活性物質持續減少，從而加速了電池容量的衰減過程，并對循環性能產生了不利影響。

1.4改善電化學性能的方法

為了改善尖晶石錳酸鋰的性能，研究人員通常采用表面修飾和摻雜等方法，可以有效地抑制錳的溶解和電解液分解，提高材料的電化學性能。常用的方法有離子摻雜法和表面包覆法。

離子摻雜：體相摻雜屬于一種能夠優化錳酸鋰倍率性能與循環性能的有效途徑，主要涵蓋金屬陽離子摻雜、陰離子摻雜以及陰陽離子共摻等。金屬陽離子主要對晶格中的Mn離子進行取代，維持晶體結構不變[11]，能夠發揮抑制Jahn-Teller效應和歧化反應出現的作用，降低Mn離子溶解量，有益于正極材料保持結構的穩定性。陽離子摻雜改性主要有 Ni²⁺ 、 Cr²⁺ 、 Mg²⁺ 、 Co³⁺ 、 Al³⁺ ） Fe³⁺ 、 Si⁴⁺ 等[12]。

表面包覆：表面包覆技術被廣泛視為改善正極材料性能的一種有效策略。鑒于鋰電池充放電循環中，活性物質與電解液的直接接觸易誘發多種副反應，尤其是Mn離子的溶解問題，科研人員創新性地引入了表面包覆技術。該技術通過在錳酸鋰材料外層構建一層保護屏障，有效隔離了電極材料與電解液的直接接觸，從而遏制Mn離子的溶解現象[13]，并顯著降低了電解液對電極的侵蝕及其引發的系列不良副反應。此舉不僅保護了電極材料的完整性，還極大地提升了錳酸鋰正極材料的倍率充放電能力及循環穩定性。

2 金屬離子摻雜的研究進展

2.1單一金屬離子摻雜的研究進展

2.1.1 鈷離子摻雜

原理：鈷離子（ Co³⁺ ）和錳離子（ Mn³⁺ ！ Mn⁴⁺ ）的離子半徑較為接近，這使得鈷離子能夠相對容易地取代錳離子在晶格中的位置。同時，它們的化合價也存在相似性，鈷離子的存在可以改變錳離子的價態分布，從而影響材料的電子結構和電化學性能。在尖晶石錳酸鋰晶格中，鈷離子傾向于占據八面體位置，與周圍的氧離子形成配位鍵。鈷離子的摻入會導致晶格中錳離子和鈷離子的分布發生變化，進而影響晶體的穩定性和電化學活性[14]。

案例分析：鈷離子的摻雜會顯著改變尖晶石錳酸鋰的晶體結構。晶格參數通常會發生變化，可能導致晶胞體積的收縮或膨脹。晶體對稱性也可能受到影響，從原本的立方對稱性發生一定程度的扭曲。鈷離子的摻人可能會加強晶格中離子間的鍵合作用從而提高晶體結構的穩定性。同時，鈷離子與錳離子之間的相互作用還可能改變晶格中的電子分布，影響晶體的能帶結構[15]。適當的鈷離子摻雜可以提高尖晶石錳酸鋰的比容量，這可能是由于鈷離子的摻入改善了材料的電子導電性和鋰離子擴散速率。鈷離子能夠抑制錳離子的溶解和Jahn-Teller效應，從而顯著提高材料的循環穩定性，減少容量衰減。此外，鈷離子摻雜有助于提高鋰離子在晶格中的擴散速率，從而改善材料在大電流充放電條件下的性能[16]。蔡少偉[17采用高溫固相反應合成了具有尖晶石結構的化合物LiMn2- _xCo_xO₄ ，通過X射線衍射、掃描電鏡和激光粒度分析對所得樣品的結構、形貌和粒度分布進行了表征。結果表明，合成摻雜不同Co含量的錳酸鋰產物均為單一尖晶石結構， Co³⁺ 摻雜減少了尖晶石的晶胞參數 a₀ ，穩定了材料的晶體結構。摻雜Co對尖晶石錳酸鋰的晶體結構起加固作用，改善了材料的循環性能，但同時比容量有所下降，兩者不可兼得；研究了Co含量對最終產品物化參數及電性能的影響，當Co的添加量為0.10時，產品的綜合性能比較好。

2.1.2 鉛離子摻雜

原理：元素Pb能夠摻入尖晶石錳酸鋰的晶格之中，形成少量Pb替代部分金屬陽離子的單相尖晶石型錳酸鋰，所以適當的Pb摻雜可以起到穩定材料結構的作用，同時減少了顆粒的團聚趨勢，鋰離子擴散阻抗減小，循環性能和快充性能提升，但過量的摻雜可能會導致材料性能下降[18]

案例分析：Pb的摻雜量對材料的結構和性能的影響至關重要。牛莎莎等[19]，采用高溫固相法合成了 Li_1.05Mn_1.95-xPb_xO₄ ，從摻雜不同量的元素Pb合成的 Li_1.05Mn_1.95-xPb_xO₄ 的XRD圖和SEM圖得出了結論：當 Li_1.05Mn_1.95-xPb_xO₄ 中摻雜量 xgt;0.02 時，材料的XRD圖出現雜質峰；隨著 x 的增大錳酸鋰的顆粒有團聚趨勢在表面出現細小顆粒材料的循環性能下降阻抗增大材料的電化學性能變差；當Li_1.05Mn_1.95-xPb_xO₄ 中摻雜量 X=0.02 時，尖晶石型錳酸鋰的循環性能得到一定程度的改善錳酸鋰的鋰離子擴散阻抗有所降低。

2.1.3 鎂離子摻雜

原理：鎂離子與錳離子的離子半徑相近，且Mg-O的鍵能高于Mn-O的鍵能。在摻雜過程中，鎂離子可以取代錳離子的位置，穩定材料的晶體結構。Mn³⁺ 存在Jahn-Teller畸變效應， Mn²⁺. 會溶解于電解質中，同時充放電過程中會產生穩定性較差的四方相以及電解質分解等原因。 Mg²⁺ 的摻雜能提高Mn元素的平均價態，有效地抑制 Mn²⁺ 的產生，提高LiMn2O4的電化學性能[20]。

案例分析：摻雜鎂后， Mg²⁺ 取代了 Mn³⁺ ，減少了活性離子 Mn³⁺ 的數量，并提高了錳離子的平均氧化態。由于 Mn⁴⁺ 的離子半徑小于 Mn³⁺ ，這導致Mn-O鍵長變短，鍵能提高，從而增強了晶體結構的穩定性。這種結構穩定性有助于抑制Jahn-Teller效應，使鋰離子在晶格中的脫嵌更順利，在充放電循環中不易發生晶格塌陷。

付春明等[21]采用高溫固相法合成了鎂元素摻雜改性的尖晶石型錳酸鋰。XRD表征結果表明，摻雜后的錳酸鋰樣品均為尖晶石結構，不存在雜質相。SEM照片顯示，摻雜前后所有樣品的顆粒大小和形貌基本沒有差別，均形狀規整。電化學測試結果表明，當鎂摻雜量 X=0.09 時，樣品具有較佳的電化學性能，首次放電比容量達到 110.5mA?h?g^-1 ，在 55^°C 1C充放電循環50次后容量保持率為 91.22% 。

2.1.4 鉻離子摻雜

原理： Cr 和氧的鍵合能力大于Mn和氧的鍵合能力，Cr的摻入使得尖晶石的晶胞發生收縮，這樣尖晶石結構在充放電循環過程中就會更穩定；同時Cr³⁺ 摻入以后Mn的平均化合價會升高，抑制了Jahn-Teller效應，保持了結構的穩定性[22]。

案例分析： LiMn₂O₄ 在溫度高于 50^°C 時循環性能會急劇變差。鉆離子摻雜通過抑制Jahn-Teller效應和提高晶格穩定性，顯著提升了尖晶石錳酸鋰的循環性能。同時，也減少了在充放電過程中的結構破壞和容量衰減。

何向明等[23]采用對球形前驅體 Mn₃O₄ 表面包覆 Cr（OH）₃ 的方法最終制備出了表面摻雜 cr 的LiMn₂O₄ 并測試了其在高溫下的電化學性能。得出：表面摻雜 Cr 的 LiMn₂O₄ 在 55^°C 下的循環穩定常數等于 99.29% ，而未經摻雜的尖晶石 LiMn₂O₄ 的循環穩定常數只有 99.10% 。50次循環后，容量保持率從未摻雜的 58% 提高到摻雜后的 73% 。初步研究，表面摻雜 cr 可以改善尖晶石錳酸鋰在高溫下的循環性能。

2.1.5 鐵離子摻雜

原理：鐵離子不直接參與鋰離子在 _4V 電壓區的嵌脫過程，但能夠穩定尖晶石結構的八面體框架，通過“釘扎”效應，使得晶體在充放電過程中能夠保持立方相，從而減少了晶體結構的膨脹和收縮，提升了材料的循環穩定性。其次，鐵離子與氧之間的M-O鍵強度較Mn-O鍵有所增強，這進一步穩固了 MnO₆ 八面體的結構，減少了脫鋰過程中的結構破壞[24]。此外，鐵離子的摻雜還降低了脫鋰過程中離子的損失量，殘余的鋰離子有助于保持晶胞結構的完整性，從而改善了電極材料的循環性能。

案例分析：鐵離子（ Fe³⁺ ）取代錳離子（ Mn³⁺ ）后，不僅使得材料的晶格參數有所減小（約 0.3% ），還促進了相鄰 Mn³⁺ 向 Mn⁴⁺ 的氧化轉變，從而有效降低了Jahn-Teller畸變的發生概率，增強了晶體結構的穩定性[25]。這一轉變使得Li離子在 Mn 環境中的遷移變得更為容易，進而提高了電池的首次放電電壓，從原始的 3.7V 提升至 4.623V ，顯著增加了電池的能量密度。周偉等[26]發現鐵作為一種相對廉價的金屬元素，其摻雜顯著改善了錳酸鋰（ LiMn₂O₄ 正極材料的電化學性能。鐵離子的引入不僅有效提升了錳酸鋰的晶體結構穩定性，還通過降低Jahn-Teller效應的影響，減少了錳離子在充放電過程中的溶解和晶體結構的畸變。這種結構上的優化使得鐵摻雜錳酸鋰在循環使用過程中能夠保持更高的容量保持率和更長的循環壽命。

2.1.6 鋁離子摻雜

原理： Al³⁺ 的摻入能有效提高錳酸鋰的熱穩定性和結構穩定性。這是因為 Al³⁺. 與氧的結合能（Al-O鍵）較Mn-O鍵強，從而增強了材料的整體穩定性。此外， Al³⁺ 的離子半徑小于 Mn³⁺ ，摻雜后會引起尖晶石晶格的收縮，這在一定程度上抑制了Jahn-Teller效應，進而改善了材料的循環性能[27]。值得注意的是， Al³⁺ 的摻入量需控制在一定范圍內（如x≤0.04 ），以避免過多摻雜導致的負面影響，如鋰離子嵌入遷出通道受阻，從而影響容量和循環性能。

案例分析：在 LiMn₂O₄ 中摻入適量的 Al³⁺ ，可以顯著改善其在高溫（ ≥55^°C ）下的循環穩定性和容量保持率。采用共沉淀法合成技術，將 Al³⁺ 均勻地引入 LiMn₂O₄ 的晶格中。實驗結果顯示，當 Al^* 的摻雜量達到最優值0.05時，尖晶石錳酸鋰在 55^°C 高溫下的循環性能顯著提升。與未摻雜的樣品相比，摻雜后的樣品在多次充放電循環后容量衰減明顯減少近 50%^[28] 。俞超等[29]同樣發現，適量鋁離子的引入（ Al³⁺ 占 Mn 位 10% 的摻雜比例）不僅優化了材料的晶體結構，還顯著提高了尖晶石錳酸鋰的電化學穩定性。摻雜后的 Li_1.02Mn_1.9Al_0.1O₄ 正極材料展現出了更高的充放電比容量、更佳的循環保持率以及更強的倍率性能。這些優異性能的提升，主要得益于鋁離子對 Mn³⁺ Jahn-Teller效應的抑制作用，從而減少了材料在充放電過程中的結構畸變，延長了電池的使用壽命。

2.1.7 鑭離子摻雜

原理：鑭（La）其離子半徑大于錳離子（ Mn³⁺ ），但La-O鍵的強度遠高于Mn-O鍵。因此，當 La³⁺ 離子摻雜進入尖晶石錳酸鋰（ LiMn₂O₄ ）的晶格中時可以增強晶格的穩定性。適量的 La³⁺ 摻雜可以保持尖晶石結構的完整性，減少在充放電過程中由于Jahn-Telle效應（ Mn³⁺ 離子在八面體配位場中發生形變導致晶格畸變）引起的晶格畸變，從而提高材料的結構穩定性[30]。

案例分析：摻雜La的尖晶石型錳酸鋰正極材料能夠更好地抑制尖晶石型錳酸鋰材料的可逆容量在充放電過程中的衰減，循環性能有了很大改善，表現出更好的電化學可逆特性，100次循環后放電容量仍能保持初始容量的 95% 以上[31]。RAM等[32]的研究證實稀土元素La摻雜在優化 LiMn₂O₄ 電化學性能方面的顯著成效，有效減少了錳的溶解，并抑制了有害的Jahn-Teller效應。這些綜合效應共同作用，極大地提升了 LiMn₂O₄ 作為鋰離子電池正極材料的整體性能。該研究不僅為高性能鋰離子電池正極材料的開發提供了新的視角和思路，也為未來能源存儲技術的發展奠定了堅實的基礎。

2.2雙金屬離子摻雜

2.2.1 鈦、鋁雙摻雜

原理： Ti⁴⁺ 和 Al³⁺ 的離子半徑與 Mn³⁺ 和 Mn⁴⁺ 相近，鈦（Ti）和鋁（A1）元素的摻雜可以取代部分Mn³⁺ 或 Mn⁴⁺ 的位置，形成更穩定的M-O鍵（M代表 Ti或A1）[33]。這種穩定的化學鍵增強了尖晶石骨架的穩定性，減少了結構在充放電過程中的變化，從而提高了材料的循環穩定性。

案例分析：鈦、鋁摻雜后的錳酸鋰材料保留尖晶石特征，尖晶石八面體棱明顯，樣品表面變得平整、光滑，表面及內部有孔隙，有利于 Li⁺ 在固相中的擴散和電解液在顆粒間的流動，進而提高材料的電化學性能。李海亮等[34]，以低鈉鉀型二氧化錳、碳酸鋰為原料，以不同量納米三氧化二鋁、二氧化鈦為添加劑，采用高溫固相法制備電池正極材料錳酸鋰。對錳源除雜、摻雜不同量鈦、鋁得出以下結論：當添加 0.3% 的三氧化二鋁和 0.5% 的氧化鈦時，粒徑分布均勻。錳酸鋰材料所制備得的鋰離子電池的綜合性能最優，0.5C容量為 98.2mAh?g^-1 和1C容量為 97.9mAh?g^-1 ，50次高溫循環容量保持率為 98.37% ，高溫循環性能優良。

2.2.2 鎂、鈉雙摻雜

原理：尖晶石型 LiMn₂O₄ 在充放電過程中，其容量顯著衰減的一個關鍵原因是Jahn-Teller效應引發的結構畸變，這已成為研究領域的重點之一。為緩解此問題，科學家們廣泛探索了通過其他元素（如Zn、Ni、La、Cr、Si、Fe等）部分取代 Mn³⁺ 的策略。實驗結果顯示，適量且恰當地用陽離子取代 Mn³⁺ 能夠有效抑制Jahn-Teller效應，增強 LiMn₂O₄ 的結構穩定性，進而提升其電化學性能。

案例分析：ZHANG等[35]的研究揭示， Mg 摻雜顯著優化了 LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ 的電化學性能。這主要歸功于Mg的加入不僅有效抑制了鋰鎳混排現象還在循環過程中穩固了材料的晶體結構。此外，通過在材料表面進行包覆[36]處理，能夠顯著減少活性物質與電解液之間的直接接觸面積，從而抑制副反應的發生，進一步穩定了電極與電解液之間的界面，為提升電池性能提供了有力支持。溫固相反應方法合成了 Li_1-xNa_xMn₂O₄ 鋰離子電池正極材料。通過Na部分取代錳酸鋰中的Li，期待能夠弱化Jahn-Teller效應[37]，提高錳酸鋰的循環穩定性。取代量為x=0.06 時最佳。

2.2.3 鋅、鋁雙摻雜

原理：鋁的摻雜主要通過其強大的A1-O鍵結合能增強了尖晶石結構的熱穩定性和化學穩定性。在高溫條件下，鋁能有效防止錳離子從晶格中溶解，減少了Jahn-Teller效應的發生；鋅摻雜則主要帶來了晶體結構和電化學性能的優化。鋅作為替代離子進入錳酸鋰的晶格中，不僅能夠細化晶粒，還能調整材料的能帶結構，降低鋰離子的遷移勢壘。當鋁和鋅同時摻雜進入尖晶石錳酸鋰時，兩者產生了顯著的協同效應[38]。鋁主要負責提高材料的熱穩定性和結構穩定性，而鋅則優化了鋰離子的遷移和電化學性能，從而為鋰離子電池提供更為優異的高溫循環穩定性和高倍率充放電性能。

案例分析：CHEN等[39]采用 Zn/Al 雙摻雜技術，并結合亞微米截斷結構設計，對錳酸鋰材料進行了優化。這一綜合性改性方案在高倍率充放電條件下展現出了驚人的性能優勢。具體而言，即使在較高的電流密度下，該材料依然能夠保持較高的容量保持率，同時降低了極化現象的發生，有效提升了電池在大電流充放電過程中的效率和穩定性。這一成果對于推動鋰離子電池技術的快速發展，特別是在需要快速充電和長循環壽命的應用場景中，具有極其重要的意義和價值。

2.2.4鈷、鑭雙摻雜

原理：鈷和鑭等陽離子的摻雜可以改變錳酸鋰的晶體結構，提高其結構穩定性。摻雜后的錳酸鋰中，錳元素的平均價態提高，減少了MnO的生成和溶出，從而降低了電池容量的衰減速度，提升了電池的循環壽命。

案例分析：周大橋[40]應用共沉淀-高溫固相法制備鈷鑭共摻雜富鋰型 Li_1.1Co_0.02La_0.01Mn₂O₄ 材料，X射線衍射（XRD）和掃描電鏡（SEM）測試表明，在700～850^°C 的焙燒溫度范圍內，合成材料為單相，但隨著焙燒溫度升高，材料結晶度上升，粒徑增大，比表面減小。該材料具有較小的極化電阻，以其作正極（ 800^°C 焙燒）組成扣式電池具有最佳電化學性能，1C倍率50周循環充放電容量保持率達 98.5% 。Li_1.1Co_0.02La_0.01Mn₂O₄ 正極初始容量逐漸減小，但循環性能有所提高，并以 800^°C 焙燒制備的正極材料綜合性能最好，可以應用于商品化的鋰離子電池。

3 結論與展望

3.1 結論

本文系統梳理了金屬離子摻雜尖晶石錳酸鋰的研究情況。尖晶石錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料，雖具有錳資源豐富、成本低等優點，但面臨容量衰減較快、循環穩定性不足等問題。

導致尖晶石型錳酸鋰正極材料容量衰減的原因主要有：Jahn-Teller效應、錳的溶解和電解液分解錳酸鋰中 Mn³⁺ 和 Mn⁴⁺ 在放電過程中價態變化引發Jahn-Teller效應，使材料從立方相轉變為四方相，影響 Li⁺ 離子遷移擴散，降低比容量和循環穩定性。Mn³⁺. 歧化反應和與電解液中HF酸反應導致的溶解問題，損壞尖晶石結構，降低比容量和循環性能，還可能引發安全問題。另外，在充放電循環中，電解液易分解生成碳酸鋰鈍化層，阻礙鋰離子嵌入脫出，同時微量水分與鋰鹽生成的HF腐蝕錳酸鋰材料，加速容量衰減。最常用的改善容量衰減的方式是離子摻雜和表面包覆。

金屬離子摻雜是抑制容量衰減的理想方法，金屬陽離子主要對晶格中的Mn離子進行取代，抑制Jahn-Teller效應和歧化反應的發生，降低Mn離子溶解量，維持晶體結構穩定性，如鈷、鉛、鎂、鉻、鐵、鋁、鑭等單一金屬離子摻雜，以及鈦鋁、鎂鈉、鋅鋁、鈷鑭等多元金屬離子摻雜，均能不同程度地改善材料性能，提高尖晶石型錳酸鋰正極材料的電化學性能。

3.2 展望

尖晶石錳酸鋰正極材料因其低成本、高穩定性成了最有發展前景的正極材料之一，也成了研究的熱門之一。今后可繼續圍繞尖晶石錳酸鋰材料的以下兩方面開展研究工作：（1）開發其他的多元金屬離子復合摻雜，提高材料的穩定性；（2）研究陰離子摻雜，提高尖晶石錳酸鋰的容量。

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Research Progress of Metal Ions Doped with Spinel Lithium Manganate

JIANG Yali1，2， XIE Xuezhen1，2， ZHAO Yangying1， SONG Xiaoxian1， CHEN Lijin1 （1.Guangxi Science amp; TechnologyNormal University，Laibin Guangxi5 461o0，China; 2. Guangxi KeyLaboratoryof Green Preparation and Application of Inorganic Materials，Laibin Guangxi 5461oo， China）

Abstract：Lithiumspinelmanganate（LiMnO4）isapromisinglithiumionbaterycathodematerialthathasreceivedmuchatention forits improved performance.Thecauses ofcapacityatenuationofspiel LiMn2O4cathode materialssuch asJahn-Teereffect， manganee disolutionand electrolytedcompositionareanalyzed.Teresearch progress ofmetaliondoping，includingsinglemetal ionandbimetaliondoping，issystematicalleviewed.Teaiis toivestigateteinfluence mechanismandeectofdopedmetal ionsofspinelithiummanganate，andtoprovide theoreticalbasis forimproving theperformanceofspinelithiummanganate. Key words： Lithium manganese oxide spinel; Metal ion doping; Jahn-Teller eect; Manganese dissolution