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1. 研究目的与意义

相比镍氢,镍镉,铅酸电池,锂离子二次电池具有高的体积能量密度和质量能量密度,工作电压高,无记忆效应,循环寿命长 。锂离子电池正极材料主要有LiCoO₂ 、LiNiO₂ 、尖晶石型LiMn₂O₄ 和LiFePO₄ ,其中LiMn₂O₄ 由于锰资源丰富,价格低廉,合成工艺简单,对环境友好,而且所具有的独特的三维隧道结构有利于锂离子的嵌入与脱出。虽然LiMn₂O₄ 的理论容量只有148mAh/ g ,但是它的可利用率却很高,能达到80 %(120mAh/ g 右) ,所以LiMn₂O₄ 成为了极具发展前途的锂离子电池正极材料。

2. 国内外研究现状分析

早在1990年，日本Sony公司和加拿大的Moli能源公司分别研制成功以碳材料为阳极，LiCoO₂和LiNiO₂为阴极材料的锂离子二次电池，并很快商品化.但由于钻属于战备物资，资源有限、价格较贵、导致生产成本高、而且有毒、污染环境等缺点;LiNiO₂合成较困难，尖晶石型LiMnZO₄由于资源丰富、价格便宜、对环境污染小、可回收利用，因而被研究者们公认为新一代锂离子二次电池最有希望的阴极材料^[48-52]全世界范围的研究热潮。

锂离子电池是在研究锂电池的基础上迅速发展起来的一种新型电池, 它具有工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、工作可靠性高、环境污染小等优点, 是摄像机、移动电话、笔记本电脑及便携式测量仪器等小型轻量化电子装置的理想电源^{[53-55 ]} 。锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代可充电绿色电池。锂离子电池采用促进锂离子嵌入及脱嵌的含锂化合物代替纯锂作正极, 能够嵌入锂离子的碳质材料作负极。现在研究较多的正极材料有钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂。

3. 研究的基本内容与计划

按照lizrxmn_{( 2-x)} o₄( x = 0.05、0.075、0.1、0.125、0.15)计，分别将不同比例的乙酸锆加入到乙酸锰和乙酸锂的溶液中充分搅拌，接着将络合剂柠檬酸逐渐滴入并调节ph 值，然后升温蒸发水分至干粉状制备得到干凝胶前驱体。将干凝胶前驱体分别在400℃左右预先分解，然后在800℃高温焙20 h，经过研磨制备得到掺杂尖晶石型锰酸锂正极材料，分别标记为a、b、c、d 和e。

.1.2.1 x 射线衍射( xrd)样品的x 射线衍射( xrd) 测试在d/max-2550 /pc 型衍射仪上进行。辐射源cukα，管压30kv，管流25ma，扫描范围10-80 ( 2θ) ，扫描速率10/min。

粉末样品的颗粒形貌在日本日立公司的s-4800 冷场发射电子显微镜( sem) 上进行观察。取少量粉末样品撒到样品台的导电胶上测定颗粒的尺寸和外部形貌。

4. 研究创新点

五个样品均有尖锐的衍射峰，说明样品都有较好的结晶度。表1 列出了五组样品和纯相limn₂o₄的晶格常数，从表中可以看出，当锆的掺杂量x≤0.125时，随着锆掺杂量的增大，样品中的晶格常数虽然产生收缩，但变化不大，说明zr 离子的掺杂并没有影响样品的尖晶石型的结构。当掺杂量x≥0.125 后，晶格常数基本保持不变，这可能与zr 元素与mn 元素形成了微量xrd 检测不到的杂质有关。

掺入不同比例的锆元素后没有影响尖晶石limn₂o₄晶体形貌，晶体均具有八面体形貌，且形貌规整，晶体表面平滑，这与图1的xrd 图谱结果一致。

将制备的样品涂成极片做成扣式电池后在55 ℃条件下对比结果