硅酸亚铁锂的制备与电化学性能研究

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1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）前言随着经济社会的飞速发展，人类对能源的需求日益增长，煤、石油、天然气三大化石燃料是人们使用的主要能源，然而，这些以化石燃料为主要燃料的能源结构存在以下两个方面的问题：一、化石燃料储量有限。据预测，全球的化石燃料按目前的耗能速度用不到两百年。二、使用化石燃料所引起的环境问题。化石燃料在使用过程中放出大量的二氧化碳引起全球变暖，且燃烧化石燃料时还生成SO2、CO、NOx以及各种有害有机物和微尘等严重污染环境。迫于石化资源匮乏和环境污染的压力，近年来以太阳能、风能、氢能为代表的新能源技术成为各国研究热点，受到人们的重视和青睐。但由于

2、这些新能源技术的可移动性较差，二次电池作为能量储存和转化的重要装置在今后的能源结构中具有不可替代的作用[1]。由于对现有材料和电池设计技术的改进以及新材料的出现，锂离子电池的应用范围不断被拓展。民用已从信息产业(移动电话、PDA、笔记本电脑等)扩展到能源交通(电动汽车、电网调峰，太阳能、风能电站蓄电)，军用则涵盖了海(潜艇、水下机器人)、陆(陆军士兵系统、机器战士)、天(无人飞机)、空(卫星、飞船)诸兵种，锂离子电池技术已不是一项单纯的产业技术，它攸关信息产业的发展，更是新能源产业发展的基础技术之一。我国与锂离子电池有关的主要资源丰富，如我国石墨储量居世界第一

3、位；我国是亚洲唯一盛产锂矿的国家，探明LiCl储量为1647.36万吨，因此我国发展锂离子动力电池具有明显的资源优势。作为能源储存与转化的重要方式之一的化学电源(电池)，是一种通过化学反应将化学能转变为电能的装置，在工业、军事以及人类的日常生活中已经得到了广泛的应用，是缓解当今能源危机以及减少环境污染的重要工具。然而，随着社会的发展、科学技术的进步，对化学电源的性能提出了更高的要求。如随着电脑、移动电话、摄像机及无绳工具等日益向小型化、轻型化发展，迫使电池朝价廉、高效、质轻、环境友好等方向发展。另外，为了减少对石油的依赖程度，控制环境污染和温室效应，电动汽车、

4、电动自行车、电动摩托车等环境友好型交通工具被认为是能从根本上解决燃油车辆带来的环境污染和能源危机问题的最佳办法。但受车载动力电池的限制，这些新型交通工具均存在续驶里程不够长、售价较贵及不够安全等问题。电动车的发展与普及迫切要求车用动力电池具备高能量密度、高安全性、长寿命和低成本等特点。随着社会不断进步，各种便携式电子产品日益普及，各种可移动的电话，笔记本，平板电脑以及其它的通信娱乐设备（MP311青岛科技大学本科毕业设计（论文），数码相机等）作为信息时代的产物而出现在社会生活的各个领域。而作为这些时代产物的一个重要组成部分的可充电电池，越来越受到人们的重视，也

5、起着越来越关键的作用。目前，市场上占主导地位的电池体系是锂离子电池、燃料电池、镍-氢电池，他们逐渐取代了传统的镍-镉电池体系。锂离子电池的上述特点能够较好地满足移动通信及笔记本电脑迅猛发展对电源小型化、轻量化、长循环寿命的要求。因此，随着锂离子电池生产量的不断增加、成本的不断降低及性能的不断提高，它在诸如笔记本电脑及手机中的应用比例将不断增长，应用领域也将不断扩大。近年来随着环保呼声的日益高涨和能源危机的日趋严峻，世界各国正在积极开发电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量锂离子二次电池，从而将锂离子电池推向成本更低、性能更优的方向发展。锂离子二次电池是以锂电池

6、的发展为基础的[2]。1990年日本SONY公司率先研制成功了以非石墨化碳为负极材料，LiCoO2为正极材料的锂离子电池并于1992年实现了商品化。自此，锂离子电池便以超过100％的年增长率迅猛发展，截至到2002年，锂离子蓄电池的总产量为8.62亿只，销售额为28.18亿美元。2005年锂离子蓄电池需求约为12亿只，而2010年则可达到13.5亿只左右。人们正在试图开发更高容量的锂离子电池正极材料，如LiNi1-xCoxO2，其库仑容量达180mA•h/g。与其它二次电池相比，锂离子电池具有以下特点：1.高能量密度：锂离子电池比能量已达到150Wh·kg-1

7、，是Ni/MH电池的1.5倍，Cd/Ni电池的3倍；锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40.50%,镍氢的20.30%。2.高电压：不同正极材料锂离子电池单体的工作电压为3.2-4.5V之间，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。3.无污染：锂离子电池不含诸如镉、铅、贡之类的有害金属物质4.不含金属锂:锂离子电池不含金属状态的锂，因而其安全性得到一定的保证。5.循环寿命高:在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。6.无记忆效应:记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池容量减小的现象。锂离子电池不存在这种改变。7.快速充电:

8、锂离子电池在一至两个小时内即可充满近年