鋰離子電池自商業(yè)化以來，由于具有鎳鎘、鎳氫電池不可比擬的優(yōu)點，很快占領(lǐng)了相當份額的電源市場，而正極材料為鋰離子電池的鋰源，其成本約占鋰電成本的40%，因而它的選材非常重要。相對于LiCoO2、LiFePO4和三元材料，尖晶石型錳酸鋰被認為是具有良好應用前景的鋰電池正極材料之一。

但以錳酸鋰為正極材料的鋰電池在高溫循環(huán)過程中存在明顯的電容量衰減現(xiàn)象。改善其高溫電化學性能的途徑一般為體相摻雜和表面改性，其中被普遍首肯的是通過離子體摻雜來改善尖晶石錳酸鋰的電化學性能，即錳酸鋰的循環(huán)性能可通過對其基體離子的部分替代而得到很好的改善（見圖）。試驗采用固相反應法合成正極活性材料LiMn2O4和LiPrxMn2-xO4，討論摻雜鐠元素的固溶體LiPrxMn2-xO4相對于純相LiMn2O4在結(jié)構(gòu)、形貌及電化學性能上的變化。

測試電池為紐扣電池。正極膜組成為m（活性物質(zhì)）∶m（乙炔黑）∶m（聚偏氟乙烯）=90∶5∶5，質(zhì)量精確到0.001，厚度≤100μm；對電極為金屬鋰片；隔膜為聚丙烯微孔膜Celgard2400；電解液為1mol/LLiPF6/碳酸乙烯酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）（體積比1∶1），錳酸鋰粉體材料使用鳳谷間斷氣氛回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)成型。所有電池在水體積分數(shù)小于5×10-6的高純氬氣手套箱中組裝。

固相法合成的LiPrxMn2-xO4相對于純相LiMn2O4在高溫下循環(huán)時容量衰減減慢，材料的高溫循環(huán)性能得到改善。但因鐠離子不參與4V電壓平臺的電化學作用而降低了材料在4V平臺處的容量，且隨著鐠離子摻雜量的增加，材料LiPrxMn2-xO4的容量降低。固溶體LiPr0.08Mn1.92O4和LiPr0.10Mn1.90O4循環(huán)性能好，但是初始比容量低。固溶體LiPr0.06Mn1.94O4初始比容量為105mA·h/g，50次循環(huán)后容量保持率達到82.5％。純相LiMn2O4初始容量為115mA·h/g，50次循環(huán)后容量保持率僅為29.5%。綜合考慮，固溶體LiPr0.06Mn1.94O4高溫循環(huán)性能好，且具有較高的容量。因此，通過對比實驗可知，摻雜Pr離子的LiPr0.06Mn1.94O4材料，具有較高的容量和高溫循環(huán)性能，有效抑制了高溫下尖晶石錳酸鋰結(jié)構(gòu)的相變問題。