刘红雷，郭俊明，向明武，白玮，白红丽，刘晓芳，段开娇

（云南民族大学化学与环境学院，生物基材料绿色制备技术国家地方联合工程研究中心，云南省高校绿色化学材料重点实验室，云南昆明 650500）

锂离子电池由于其能量密度高、能耗低，且维修简单、经济、环保等优点被认为是储能电源中最具发展前景的环境友好型电源[1-2]。其中尖晶石型LiMn2O4由于Mn资源丰富、价格低廉、安全、比能量较高等优点被认为是最有应用前景的锂离子电池正极材料之一[3]。但在其充放电过程中由于高自旋Mn3+引起的Jahn-Teller 效应以及活性物质Mn3+的溶解等问题，使得其容量快速衰减且高温加剧[4-5]。研究表明，通过掺杂金属离子，如Li+[6]、Ni2+[7]、Co3+[8]、Fe3+[9]等取代LiMn2O4中的部分Mn3+抑制Jahn-Teller 效应；采用表面包覆[10]以及设计具有{111}、{110}和{100}晶面的单晶多面体，可抑制Mn的溶解，且{110}和{100}晶面可以增加锂离子扩散通道[11]，提升材料的电化学性能。另外，Fe―O 键能409kJ/mol 大于Mn―O 键能362kJ/mol[9]，可以稳定晶格结构。杨茗佳等[12]以溶胶凝胶法合成的LiFe0.05Mn1.95O4正极材料，在0.1mA/cm2电流密度下显示出104.3mA·h/g的放电比容量以及50次循环后92.3%的保持率，高于LiMn2O4的80.3%。Gu等[13]报道了以固相法合成的LiFe0.15Mn1.85O4正极材料，研究表明，以0.1C倍率放电时，其首次放电比容量为100.7mA·h/g 以及100 次循环后93.1%的容量保持率，远高于未掺杂的73.2%。此外，对于多面体LiFexMn2-xO4的研究，Singh 等[14]报道了以溶胶凝胶法在750℃焙烧15h 合成具有{111}和{100}晶面的截角八面体结构Li1.03Fe0.2Mn1.77O4材料，在0.1mA 下，初次放电比容量为110mA·h/g，但仅循环了10 次，未作后续研究。

本研究采用固相燃烧法[15-16]制备具有{111}、{110}和{100}晶面的亚微米单晶多面体LiFe0.05Mn1.95O4正极材料，以期有效抑制Jahn-Teller 效应和降低Mn 的溶解，稳定其晶体结构和提高电化学性能，详细研究了Fe 掺杂对于样品晶体结构、形貌、电性能的影响，并探索了其动力学性能。……