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可移动电子产品的快速发展对低廉锂离子电池的需求更为迫切。在锂离子电池体系中,正极材料对电池的性能有决定性的影响。尖晶石型Li4Mn5O12正极材料具有原料来源丰富、成本低廉、嵌锂量大、制备简单等优点,是最具开发前景的3V锂离子电池正极材料。本学位论文研究了烧结温度、锂源、锰源以及金属离子掺杂对Li4Mn5O12材料的结构及电化学性能的影响。通过X射线衍射、充放电循环、循环伏安、电化学阻抗谱、红外光谱和扫描电镜等现代分析技术对样品的物相结构、表面形貌和电化学性能进行研究。主要内容包括以下:(1)采用固相烧结法,通过选择烧结温度、锂源以及锰源,制得理论组成为Li4Mn5O12的样品。其中,以Li2C2O4和MnC2O4·2H2O为原料,550℃烧结制备的样品具有最优的电化学性能。在电流200mA·g-1和温度-22℃、30℃、55℃下,优选样品第1循环的放电容量分别是29.0、159.9和165.1 mAh·g-1。优选样品锂离子扩散系数为4.31×10-7 cm2·s-1。(2)采用固相烧结法,通过在前驱物中加入三价金属离子的氧化物,制得改性样品。其中,理论组成为Li4Mn4.94Fe0.06O11.97的样品具有最优的电化学性能。在电流 200 mA·g-1 和温度-22℃、30℃、55℃下,Li4Mn4.94Fe0.06O11.97 样品第 1 循环的放电容量分别是 113.6、178.9 和 185.3 mAh·g-1。在 30℃和电流 400 mA·g-1、800 mA·g-1、1000mA·g-1下,Li4Mn4.94Fe0.06O11.97的样品第1循环的放电容量分别是155.0、147.9和 131.7 mAh·g-1。Li4Mn4.94Fe0.06O11.97 的锂离子扩散系数为 4.88×10-7 cm2.s-1。(3)采用固相烧结法,通过在前驱物中加入二价金属离子的化合物,制得改性样品。其中,理论组成为Li4Mn4.95Mg0.05O11.95的样品具有最优的电化学性能。在电流 200 mA·g-1 和温度-22℃、30℃、55℃下,Li4Mn4.95Mg0.05O11.95样品第 1 循环的放电容量分别是 72.7、180.9 和 181.7 mAh·g-1。在 30℃ 和电流 400 mA·g-1、800 mA·g-1、1000mA·g-1下,Li4Mn4.95Mg0.05O11.95样品第1循环的放电容量分别是146.7、153.5和 140.7 mAh·g-1。Li4Mn4.95Mg0.05O11.95样品的锂离子扩散系数为 4.57×10-7 cm2·s-1。(4)采用固相烧结法,通过在前驱物中加入稀土金属离子的化合物,制得改性样品。其中,理论组成为Li4Mn4.98La 0.02O11.99的样品具有最优的电化学性能。在电流 200 mA·g-1 和温度-22℃、30℃、55℃下,Li4Mn4.98La0.02O11.99 样品第 1 循环的放电容量分别是 105.3、160.5 和 176.7 mAh·g-1。在 30℃和电流 400 mA·g-1、800 mA·g-1、1000mA·g-1下,Li4Mn4.98La0.02O11.99样品第1循环的放电容量分别是152.1、143.0 和 137.1 mAh·g-1。Li4Mn4.98La 0.02O11.99 样品的锂离子扩散系数为 5.61×10-7 cm2·s-1。