项目背景：锂离子二次电池是继镍氢（Ni-MH）电池后最新一代可充电电池，其质量比能量是Ni-MH电池的1.5-2倍，具有工作电压高（3.6V）、安全、循环寿命长和无记忆效应的优点，工作温度范围可达-20-60℃。自1991年Sony公司用LiCoO2作为正极活性材料的锂离子二次电池商品化以来，锂离子电池目前是供不应求。它广泛地应用于笔记本电脑、个人数据助理、手提终端机、携带电话、无绳电话、无线装置、摄像机、数字相机、迷你光碟机、手提复印机等便携式电子设备中。当然未来的电动汽车的动力电池也是其极具潜力的应用前景之一。1995年日本的产量为3200万只，1996年1-7月生产了5389万只，比1995年同期增长3.8倍。1996年底发展到月产1500万只。有人预测2000年笔记本电脑中锂离子电池的使用率将超过95%。由此可见，锂离子电池的需求仍将随着电子技术的小型化、轻量化而日益增加。 
    锂离子电池的构造及其关键技术：
    锂离子电池主要由正极、负极、电解质和外壳所构成。正极和负极主要由活性物质和集电极组成。电池在充电时，锂离子从负极活性材料中脱出进入电解质中，同时从电解质中出来嵌入到正极活性材料中；相反，在放电时，锂离子从正极活性材料中脱出进入电解质中，同时从电解质中出来嵌入到负极活性材料中。因此，锂离子电池开发的关键技术将集中在正极活性材料、负极活性材料和电解质的研制方面，尤其集中在于开发具有优异的锂离子嵌入/脱出性能的正极活性材料和负极活性材料。
    目前作为正极活性材料一般有LiCoO2、LiMn2O4等。LiCoO2是最早商业使用的正极活性材料，但由于钴材料储量小、价格高、对环境有污染等问题，迫切要求寻找LiCoO2的替代品。锰材料具有储量丰富、价格便宜、毒性小等优点，另外LiMn2O4具有三维隧道结构，有较好的锂离子嵌入/脱嵌性能。因此LiMnO2、LiMn2O4等锂锰氧化物被视为最理想的替代品。但与LiCoO2相比放电电流容量有所下降。为了解此问题，既可以改进材料制备方法，也可以用掺杂改性方法。
    锂离子电池的生产制造技术是经济效益极高的高新技术，也是全世界都在参与竞争的火爆领域之一。所涉及的技术细节相当复杂。因此，把各个方面都作为研究重点进行是不现实的。我们将把正极活性材料的制备方法和掺杂改性方法作为工作重点。
    90年代，纳米科学技术已经扩展到化学电源领域。由于纳米材料具有量子尺寸引起的特殊的量子限域效应和界面效应，因此纳米材料具有与其它非纳米材料所不同的许多独特的物理和化学性质。纳米材料、纳米复合材料作为嵌锂材料，由于其特殊的纳米微观结构及形貌，可望更加有效地提高材料的可逆嵌锂容量和循环寿命。纳米活性材料所具有的比表面大、锂离子嵌入脱出深度小、行程短的特性，使电极在大电流下充放电极化程度小，可逆容量高和循环寿命长。纳米材料的高空隙率为有机溶剂分子的迁移提供了自由空间，和有机溶剂具有良好的相容性，同时也给锂离子的嵌入脱出提供了大量的空间，进一步提高嵌锂容量及能量密度。
    稀土元素具有许多独特的性能，比如用于农业、医药、饲料和各种钢材料添加剂，少量添加即能产生显著效果。另外，若添加的稀土离子能与LiMn2O4材料形成良好的固溶体的话，由于稀土离子的离子半径比Mn2+大，则有可能扩大Li+离子在材料中迁移隧道直径，有利于Li+离子的嵌入脱出，对提高正极活性材料的容量非常有利。再者，我国具有丰富的稀土资源，因此，可以开辟稀土资源新的应用领域。
    本项目将试探通过对稀土掺杂LiMn2O4的液相合成方法研究，探讨不同的稀土掺杂离子和不同的掺杂剂量对正极活性材料的电位极限和可逆充放电容量的影响，探索制备高电压高容量锂离子二次电池的正极活性材料的方法。

    单位名称：西安交通大学
    联 系 人：张旭峰
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