二步法制备lifepo4材料及其电化学性能研究

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1、目录4．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．-45一第5章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-47-参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一48一致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．-52—二步法制备LiFeP04材料及其电化学性能研究第1章绪论1．1引言随着经济快速发展，能源危机与环境污染日渐凸显，铅酸电池、镍镉电池等传统电池【，】已经不能满足人们的需求，具有清洁，安全，高效，经济等优点的电源技术的研究得到人们的重视，20世纪90年代，一种新型的绿色环保二次电池——锂离子电池，由于其

2、具有高比能量密度、质量轻、工作电压高、无记忆效应、环境友好性、循环寿命长等优点【2，31，在日常生活中应用于笔记本电脑、手机、家用电器等方面，军事上主要应用于人造卫星、航空、航海等。尤其是锂离子电池作为轻型高能动力电源可以替代燃油燃气型交通工具应用于混合动力汽车和电动汽车等领域而受到广泛关注。因此，锂离子电池作为重要的化学能源，既减少人们对石油资源的依赖程度，又控制了温室效应和环境污染，其研究和开发具有广阔的前景和现实意义。1．2锂离子电池简介锂电池是以锂作为负极电池系列的总称【4】。锂电池的发展经历了从锂一次电池到锂二次电池，锂一次电池(锂原电池)以金属锂作为负极的，锂离子二次

3、电池是分别用两个可逆的嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。锂离子电池是以锂二次电池为基础上发展起来【5】。二次电池中镍氢电池(MH／Ni)、镍镉电池(Ni．Cd)等工作电压较低，体积比能量分别低至190Wh—Li、155Wh—L1，与它们相比，锂离子电池具有工作电压高(3．6V)、体积比能量高(目前高达240Wh·L‘1)、质量比能量大(100Wh·kgJ)、自放电率低、无记忆效应、寿命长等优点，成为二次电池中的佼佼者。且世界各地的环保呼声高涨，对于电池材料的环保特性提出更高的要求，锂离子电池对环境的无污染性满足了这一点，它是新型的绿色环保电池。1．2．1锂离子电池

4、的结构锂离子电池的主体结构包括：正极、负极、隔膜和电解液。其中，锂离子电池的正极采用a-NaFe02型层状结构的LiC002和LiNi02、尖晶石结构的LiMn204、橄榄石型结构的LiFeP04以及它们的掺杂化合物。负极一般是碳材料，包括石墨、石油焦、炭纤维和沥青基炭微球等。正负极之问用一层多孔聚烯烃树脂塑料膜隔开，一般采用具有微孔第1章绪论结构的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或者由二者复合的膜(PE．PP—PE)。电解液是由LiPF6盐的碳酸乙烯酷(EC)和碳酸二甲醋(DMC)或碳酸二乙酷(DEC)的混合溶剂中，电解质为锂离子提供运动媒介【刚。1．2．2锂离子电池的工作原理锂

5、离子电池的充放电过程与传统二次电池(镍镉、铅酸、镍氢等)的充放电过程完全不同。对于锂离子电池，在充放电的过程中伴随着锂离子从正负极材料晶格中的嵌入与脱出并伴随着电子的迁移，而保持着材料本身的骨架结构不变。因此，在锂离子电池体系中，正、负极材料均应为层状结构或隧道结构的活性材料，这样的结构以便于锂离子的自由脱嵌。在充电过程中，Li+从正极中脱出并嵌入负极的晶格中，使正极处于高电位的贫锂状态，而负极则处于低电位的富锂状态；在放电过程中，Li+则从负极中脱出并插入正极，此时负极为贫锂状态，而正极则为富锂状态。充、放电过程中为保持电荷平衡，有相同数量的电子经外电路传递，与Li+一起在正负

6、极间迁移，使正负极分别发生氧化反应和还原反应，并保持一定的电位。锂离子电池的充放电原理示意图如图1．1所示。⋯⋯⋯⋯一__‘⋯⋯⋯w_#}⋯⋯⋯⋯一童正极秘辩电解质受援材料图1．1锉离子电池工作原理【7】Fig．1。1Operatingprincipleoflithiumionbattery[7】二步法制备LiFeP04材料及其电化学性能研究1．2．3锂离子电池的特点锂离子电池作为可充二次电池而得到各界认可是由于其具有以下优点【引o】：(1)锂离子电池的额定电压高(3．6V)。一节锂离子电池相当于3节MH／Ni或Cd／Ni电池。(2)能量密度高。锂离子电池的能量密度高达170"-

7、--180Wh／kg，是MH／Ni电池和Cd／Ni电池的两、三倍。(3)能量效率高。锂离子电池约为96％，而Cd／Ni和MH／Ni分别约为55％"--75％、55％-、,65％。(4)自放电小。锂离子电池的月自放电率约只有6％～8％，而Cd／Ni电池的月自放电率约为30％，MH／Ni电池的月自放电率高达60％。自放电率即荷电保持率，是指电池如果放置不用，自动放电的量为多少。(6)锂离子电池没无记忆效应。即可随时补充，电池效能能够充分发挥。而Cd／Ni电池和MH／Ni电池常会有使用