锰酸锂电池衰减原因

锰酸锂（LiMn2O4）材料具有尖晶石结构，使得锰酸锂电池具有耐低温、倍率性能好、制备比较容易等优点，但是由于材料本身不稳定，所以其高温性能差、循环性能不理想和衰减快等不足。那应该如何解释锰酸锂电池的衰减原因呢？

LiMn2O4容量衰减主要是因为表面结构被破坏，其影响因素是电解液分解造成锰的溶解与氧的缺陷及在高温下材料结构变化、Jahn-Teller畸变等。

1.电解液的影响 

电解液中主要的锂盐是LiClO4、LiBF4、LiPF6和LiBOB，溶剂是有机碳酸酯（PC、EC、DEC或它们的混合液等）。在充放电过程中，这些溶剂在材料的作用下会发生分解反应。其分解产物或是成膜使电池极化增大，或是加速Mn的溶解，导致电池的容量损失。

而在高温下Mn溶解的原因包括以下三点：①在酸的作用下直接溶解，高温高电位下电解液的氧化分解也可以产生HF；②LiMn2O4中含有的Mn3+发生歧化反应引起的溶解；③储藏温度，尖晶石的比表面积，以及Mn在尖晶石LiMn2O4中的价态等因素都会引起Mn的溶解。

2.高温下LiMn2O4结构的变化 

随着温度的升高与循环次数的增加，虽然阴极仍保持其尖晶石结构，但其阳离子的位置混乱度加大。阳离子位置混乱度增大，意味着部分锂离子进入八面体16c位置，这必然使其脱嵌变得困难，一部分Mn离子占据四面体8a位置，不仅阻碍了Li+的嵌脱，也使Mn的溶解变得容易，从而导致了高温下的容量损失。 

3.Jahn-Teller畸变 

LiMn2O4中Mn的电子组态为d4，由于这些d电子不均匀占据着八面体场作用下分裂的d轨道上，导致氧八面体偏离球对称性，畸变为变形的八面体构型，即发生了Jahn-Teller效应。 

因此，可在材料制备时掺杂金属离子部分取代16d上的Mn3+，通过降低Mn3+的数量来减弱Jahn-Teller效应；掺杂还可增强MnO键而稳定材料结构，改善材料的循环性能。

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