LiMn2O4的锰离子是如何分布的?
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发布时间：2024-10-19 22:40
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时间：2024-11-07 20:21
LiMn2O4是一种具有特殊结构的离子晶体，其典型的形态是正反两种构型。根据XRD分析，它在正常状态下呈现出Fd3m对称性的立方晶体，晶胞常数a为0.8245nm，体积V为0.5609nm3。在这个晶体结构中，氧离子采用面心立方密堆积方式，相邻的氧八面体通过共棱相连，形成紧密的堆积结构。锂原子占据1/8氧四面体间隙，呈现出有序排列（在Li0.5Mn2O4中，锂占据1/16氧四面体间隙），而锰原子占据氧1/2八面体间隙（V8位置）。
每个单位晶格中共包含56个原子，包括8个锂原子，16个锰原子，以及32个氧原子。其中，锰离子以Mn3+和Mn4+形式各占50%。尖晶石结构的晶胞边长是普通面心立方结构(fcc)的两倍，每个晶胞由8个立方单元组成，分为甲乙两种类型。每个小立方单元中，四个氧离子位于体对角线1/4与3/4的中心位置。具体来说，锂离子占据8个四面体（8a位置），锰离子占据16个八面体（16d，其中Mn3+和Mn4+的比例为1:1），而16c位置全部为空位，氧离子占据16d的氧八面体（32e位置）。
这个结构中，MnO6氧八面体通过共棱相联，构建出一个连续的三维立方排列，形成[M2]O4尖晶石结构网络。对于锂离子的扩散，它提供了由四面体晶格8a、48f和八面体晶格16c共面构成的三维空道。锂离子在该结构中的扩散遵循8a-16c-8a路径，这种线性扩散的能垒差异导致扩散路径夹角为107°，这对于锂离子电池作为正极材料的理论基础至关重要。
扩展资料
锰酸锂主要为尖晶石型锰酸锂 尖晶石型锰酸锂LiMn2O4是Hunter在1981年首先制得的具有三维锂离子通道的正极材料，至今一直受到国内外很多学者及研究人员的极大关注，它作为电极材料具有价格低、电位高、环境友好、安全性能高等优点，是最有希望取代钴酸锂LiCoO2成为新一代锂离子电池的正极材料。
