聚苯胺包覆法合成lifepo42fc电极材料与电化学性能研究

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1、硕士学位论文1．1引言第1章绪论跨入21世纪后，人类对能源的需求与日俱增，而传统的化石燃料却正在走向枯竭。与此同时，随着信息时代的到来，各种电子产品以及汽车等都在迅速成为人们家庭生活不可或缺的一部分。而正在工业化和城市化的发展中国家更是需要大量的能源。化石能源的大量燃烧一方面造成了严重的环境污染，另一方面也使人类面临前所未有的能源危机。因此，寻求高效的可再生清洁能源来替代化石燃料成为当务之急。风能，太阳能，地热能，潮汐能，核能，生物质能等新能源产业迅猛发展，但是风能等新能源具有不稳定的特性，需要智能电网等

2、的调节配合。而作为理想的储能系统一一电池，不仅可以有效调节电力波动，而且可以提高能源利用率。目前石油资源不断枯竭，未来汽车应该朝着混合动力甚至纯电动的方向发展。作为储能电池的一种，锂离子电池正以其能量密度高、循环性能好、环境友好、自放电率小、充放电电位高等优点在各种消费类电子产品领域得到迅猛发展，并且在电动汽车、电动交通工具和航天领域显示出潜在的应用价值。1．2锂离子电池概述1。2．1锂离子电池简介电池作为新型能源的重要组成部分是目前全球经济发展的一个热点，主要包括锂离子电池、铅酸蓄电池、超级电容器、燃料

3、电池、太阳能电池等。锂离子电池是20世纪70年代于石油危机的背景下诞生的，当时主要以金属锂及其合金为锂二次电池负极材料。由于锂金属直接做负极，会生成枝晶锂，枝晶锂会刺穿隔膜，导致正极与负极直接接触，发生短路，瞬间产生大量热，使电池着火，甚至发生爆炸，所以安全问题受到了严重威胁。随着时间的推移，直到1980年Goodenough等提出以钴酸锂为正极材料的锂充电电池，才有了最初的锂离子电池。经过几十年的发展，锂离子电池已成为当前储能材料的主要组成部分之一。1．2．2锂离子电池的组成及工作原理1．2．2．1锂离

4、子电池的组成目前，锂离子电池的应用领域非常广泛，因而其类型也多种多样。但是锂离子电池的主要组成部分是一样的，主要由正极、负极、隔膜、电解液、外壳和电极引线等几部分组成。一般选择相对于金属锂电极电势高(活性物质的标准电极电势也越正越好)，且能够可逆的嵌入、脱出锂离子的材料作为锂离子电池正极材料。另外，这种材料在电解液中具有良好的热稳定性和化学稳定性。因此，目前常用的正极材料一般是层状结构的金属氧化物LiM02、尖晶石结构的LiMn204及聚苯胺包覆法合成LiFePOdC电极材料与电化学性能研究橄榄石型结构的

5、LiMP04(Co，Ni，Mn，Fe，V等过渡金属元素)【11。碳材料是锂离子电池中最常见的负极材料。除碳基负极材料外，各种非碳基负极材料也备受关注，主要有氮化物【21、硅及硅化物‘31、锡基氧化物和锡化物【41、纳米氧化物以及合金材料等。为满足锂离子电池高比能量、高比功率的要求，负极材料需具备以下几个特点：(1)锂离子易脱嵌；(2)良好的循环特性；(3)放电电位平稳；(4)不可逆程度小；(5)在电解质溶液中稳定性高。锂离子电池的电解液是含有Li+的有机电解液，主要由电解质及其溶剂组成。常见的电解质有Li

6、PF6，LiCl04，LiBF4和LiAsF6等无机锂盐和LiN(S02CF3)2、LiCF3S03及它们的衍生物等有机锂盐。常用的有机溶剂有PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、BC(碳酸丁烯酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DEC(碳酸二乙酯)等一种或者几种的混合溶剂【51。隔膜的主要作用是将正负极隔开，实现离子传递，防止电子导电。锂离子电池的隔膜材料主要是纤维纸和无纺布、合成树脂等制成的多孔膜。常见的隔膜材料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP／PE／PP三层复合微孔膜。一般商用

7、隔膜的厚度为0．01．0．02mm，微孔的尺寸为50．250nnl，孔隙率为35％左右。1．2．2．2锂离子电池的工作原理锂离子电池是一种可充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。与普通蓄电池工作原理相比，锂离子电池进行充放电的过程中除了发生氧化还原反应外，还伴随着锂离子(Li+)在电极材料中的脱出和嵌入。充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，同时从外电路中获得电子补偿，以保证负极的电荷平衡；放电时则相反。下面以LiFeP04为例具体介绍一下锂离子电池工作原理，如

8、图1．1所示。图1．1锂离子电池工作原理图锂离子电池(如图1．1)包括正极，负极，隔膜，电解液。Li+在液体电解液中，在充电过程中，Li+从正极材料中脱出，穿过隔膜由正极移动到负极。同时，Fe2+2硕士学位论文被氧化为Fe3+，在负极Li+被还原为锂原子并嵌入到石墨层中(负极)。放电时Li+沿相反的方向移动产生电流，同时正极Fe3+被还原成Fe2+。在充放电过程中发生的化学反应如下：LiFeP04+6CHLixC6+Lil．x