pH对LiFePO4的影响研究(制备和性能)(3)
除了碳素负极材料，学术界还对金属氧化物以及金属基化合物进行了研究[9]。研究认为，金属基化合物的性能一般比纯金属负极材料好，因为尽管金属基化合物的比容量有所降低，但是由于其他金属离子的引入，对化合物的晶体结构进行了调整，使之在循环性能上有所提高，综合比较金属基化合物更适合做锂离子电池的负极材料。目前认为Sn基金属间化合物的性能最为优越[10]。
（2）正极
电池正极材料是整个电池的核心，放电时发生还原反应，多为过渡金属氧化物。近些年研究较多的锂离子电池正极材料有LiCoO2材料、LiNiO2材料、LiMn2O4材料、镍钴二元材料、镍钴锰三元材料、LiFePO4材料等。
1997年，美国的Goodenough研究小组[11]首次报道了具有层状橄榄石结构的LiFePO4能可以脱嵌锂离子，而且此材料价格低廉、环境友好，循环性能优异，立即得到国内外诸多学者研究。
（3）电解液
电解质要满足以下条件：在较宽温度范围内保持稳定，具有较高的电导性；介电常数高且对锂盐的溶解能力强，有宽的电化学窗口；与电池中其他部件的相容性好。
锂离子电池电解质主要包括液态有机电解液、全固态聚合物电解质、凝胶态聚合物电解质。采用较多的是以非水电解质为有机溶剂，按照一定比例混合溶解电解质锂盐组成。
（4）隔膜
隔膜在电池中起着把正极和负极隔离开的作用。隔膜可以防止两极接触而短路，同时使电解质离子通过并阻挡电子通过。常用的隔膜材料有织造膜，非织造膜，微孔膜，复合膜，隔膜纸，碾压膜等几类。对于锂离子电池而言，电解液为 有机溶剂体系，故而隔膜多采用PP(聚丙烯)和PE(聚乙烯)多孔薄膜。
（5）其他
除此之外，锂离子电池还包括正极引线、负极引线、绝缘材料、安全阀、弹簧片、电池外壳、密封圈、盖板、正负极集流体等部件。以上各个组成部分都会对电池性能产生一定程度的影响，其中影响最大的是正负极材料和电解质。
图1.3.1 圆柱形锂离子电池结构示意图
1.3.2 锂离子电池的工作原理
锂离子电池由可逆脱嵌锂离子的正负极、隔膜、电解液组成[12]。充电时锂离子从正极晶格中脱出，在电化学势的驱动下，经过电解液、隔膜嵌入层状结构的负极中，其中隔膜为锂离子通道，电子不能从隔膜通过。
当充电时，电子在外电路从正极迁移到负极，Fe2+被氧化成Fe3十，释放出的电子经外电路补偿给负极，Li+在负极处得到电子，并嵌入层状的碳结构中，此时负极处于富铿状态，正极材料从富锂态逐渐变为贫锂态，负极从贫锂态逐渐变为富锂态。
放电时相反，锂离子从负极的晶格中脱嵌经过电解液、隔膜传输至正极材料晶格中，电子从外电路由负极移到正极，负极材料从富锂态逐渐变为贫锂态，正极从贫锂态逐渐变为富锂态。
在正常充放电情况下，锂离子在正极材料和负极碳材料的层间嵌入和脱出，一般只引起材料层间距的微小变化，并不破坏其晶体结构，负极材料的化学结构基本不变, 故而这种充放电模型是一种理想化状态，在实际应用时，电池的容量会随着循环次数的增加逐渐衰减[13]。因此，从充放电反应的可逆性来看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。由于在充放电过程中，锂离子不断在两极之间做迁移运动，近似一把摇椅，故锂离子二次电池又被称作“摇椅电池”[14]。图1.3.2所示为锂离子工作示意图。
图1.3.2 锂离子电池工作原理图
1.4 LiFePO4正极材料概述