水热法合成lifepo4形貌及其改性研究

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1、亟±堂焦诠塞!窒筮绽渣1文献综述1．1引言随着全球经济和科技的快速发展，如智能手机、平板电脑等新类型的便携式和微型化数码科技产品也随之产生且不断得到改进，目前的数码电子产品的发展方向的目标为使产品体积更小和重量更轻。因此，电池产业需要加大产品更新步伐，生产性能更高体积更小的的二次电池来满足商品市场的需求。同时随着人们的生活水平的提高，民用汽车的数量也随之不断地增加，随之而来的是世界范围内的大部分大中型城市的环境污染日益加重。目前由于世界各国对各地区的环境问题的关注程度大大增加，人们迫切需要获得新的绿色清洁能源来代替传统的石油能源。因而清洁能源受到广大研究者的关注，目前太阳能、风力发电

2、，地热发电和潮汐能发电等清洁能源已经被列入世界能源研究者的开发议题Il吲。为有效的开发利用清洁能源，如锂离子电池，燃料电池和太阳能电池等被研究开发出来。目前市场上的锂离子二次电池和太阳能电池的应用相对成熟，研究者们对这些环境友好型电池的研究力度仍在不断加大，用以更加合理和高效的利用清洁能源。目前的民用电池市场上主要为锂离子二次电池和传统二次电池共存的局面，但传统的二次电池存在各自的不足，如镍氢电池自放电率偏高；铅酸电池比能量低，循环寿命短；镍镉电池记忆效应比较严重，且环境相容性差【4】，相较于上述三种传统的二次电池，锂离子二次电池性能具有比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应和环

3、境相容性好等优点，因此其在市场应用扩展迅速。目前商品市场上，传统的镍氢，镍镉和铅酸电池与锂离子电池为主要电源(该4种电池的基本性能见表1．1。由于不可再生能源的不断消耗，导致可再生能源的开发和利用的力度不断加大。在全球范围内交通工具所需的化石能源不断增加，同时为减少温室气体排放，各国开始大力发展纯电动汽车(EV)和混合动力汽车(皿V)，采用电能来作为交通运输能源不仅能够减小温室气体排放还能够减小汽车市场对传统化石能源的依赖。电池是一种将电化学能转化为电能的电化学设备。它是发展电动汽车和混合动力汽车的关键技术。电动汽车的电池需要具备以下特性：高比能量、高比功率、高充电率、循环寿命长、成

4、本低和可回收。最初，混合动力汽车使用的动力为铅酸电池，但随着技术的发展，混合动力汽车(HEV)的动力主要采用电池镍氢电池与锂离子电池。因此各国研究者都竞相研究锂离子电池相关的正极材料和负极材料。而锂离子电池在市场上能否得到认可，主要在于电池的电化学性能、价格和安全性。所以研究者们需要加大对高性能且高安全性的锂离子二次电池的开发力度。表1．1常见商业化二次电池的各项特性比较【5】电池种开路电比能量能苎密功率密自放电循环寿类源(V)(Wh／k)(W“h／LWh／L)度(w／L)(％／月)命(次)()’’1．2锂离子电池的工作原理锂离子电池属于浓差电池，其组成部分主要为正极活性物质、负极活

5、性物质、电解质溶液和隔膜四部分。目前锂离子电池正极材料最广为人知的主要有如下三种：过渡金属氧化物、LiFeP04和导电聚合物正极材料。锂离子电池使用的电解质溶液主要有如下几种：水、固态聚合物电解质、液体电解液。其中以有机溶剂和导电盐组成的液体电解液最为常用。隔膜对电池的安全性有重要的作用，它隔离电池的正负极，防止电池内部短路，所以其必须具有优良的透气性，化学稳定性等特性。钽离子电池的充放电过程：首先，在充电时Li+从电池的正极活性物质中脱出，然后迁移且嵌入至负极，为保证电路的电荷平衡，释放出的电子通过外电路进入负极，从而形成一个完整的电路。其放电过程则与充电过程相反【6，71。图1．

6、1是其工作原理示意图。电池内部的隔膜放置于正极和负极中间，起着Li+传输通道的作用，同时防止电池的正负极直接接触导致短路。电解液的作用为传输锂离子【8】，电解质溶液中要含有LiPF6等物质，因为锂离子在溶液中的浓度越高，传输更加容易，如果没有这些含锂离子的物质，正极材料中的锂离子货有一部分溶解在电解液中，而到达负极的量将减少。其中能够作为锂离子电池的正极活性材料或者负极活性材料的晶体结构通常具有能够使Li+嵌入的空位的特点。如LiC002正极材料中Li+在其晶体结构中2亟±堂僮论塞!窒赵绽选都有其固有的位子，所以Li+能够正常的进行可逆的嵌入和脱出行为，此特性决定了锂离子电池材料能够

7、具有可靠地安全性和寿命长的优点[101。充电器一弋厂·一放电正极硒囊负极烈燃：长掣■战电●U．D-充电o氍乐于·金属原子·馒·碳原子图1-1锂离子电池工作原理示意【9】1．3锂离子电池正极材料的研究状况锂离子电池正极材料最早提出于1972年。当时的Exxon公司首先以TiS2为正极材料，金属锂为负极材料，以有机溶剂二氧戊环稀释的高氯酸锂为电解液，研制出的首个电化学性能良好的锂电池【11,12】。1980年M．Aemand等【l3】提出摇椅式电池的概念，这就