LiFePO4正极材料的合成及电化学性能研究(4)
在1997年,美国德克萨斯州立大学发表了关于磷酸铁锂的可逆嵌脱锂特性后，使得该材料得到了极其大重视，开始广泛研究和迅速的发展[4]。磷酸铁锂电池的充放电反应是在LiFePO4和FePO4两相之间进行的[5]。在充电过程中，LiFePO4逐渐脱离出锂离子形成FePO4，在放电过程中，锂离子嵌入FePO4形成LiFePO4[6]。充电时，Li+从FeO6层间迁移出来，经过电解质进入负极，Fe2+被氧化为Fe3+，电子则经过相互接触的导电剂，集流体从外电路达到负极时，放电过程进行还原反应，与上述过程相反。但由于FePO4和LiFePO4的结构基本相似，而且体积也很接近，LiFePO4脱锂后体积仅仅减小了6.81 %，密度却增大2.59%[7]。充放电过程中体积的变化很小，就不会造成结构的崩塌，使得LiFePO4电极具有了良好的循环性和安全性等特点。
电池在充电时，锂离子从磷酸铁锂晶体迁移到了晶体表面上，在晶体电场力的作用下，锂离子进入电解液，然后穿过隔膜，再经过电解液迁移到石墨晶体的表面，而后嵌入石墨晶格之间。与此同时，电子经导电体流向正极的铝箔集电极，再经极耳、电池正极柱、负极极柱、外电路、负极极耳流向电池负极的铜箔集流体，再经过导电体流到石墨的负极，就使得负极的电荷达到平衡状态。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后，磷酸铁锂转化成为磷酸铁。
同样，在电池放电时，锂离子从石墨晶体中脱嵌出来，再次进入到电解液，然后穿过隔膜，经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面，然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内。与此同时，电子经导电体流向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、负极极柱、负极极柱、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达至平衡状态。锂离子嵌入到磷酸铁晶体后，磷酸铁转化为磷酸铁锂。
1.1.4负极材料
负极材料，也是锂离子电池的关键材料之一。负极材料主要有石墨化碳材料、无定形碳材料，也有一些金属间化合物也可以作为负极材料。碳材料的电极电位低，比容量大，其中，石墨化碳材料为当今锂离子电池商品化市场中的主流。
1.1.5锂离子电池对正极材料的要求
电极材料的性能对电池的电化学性能有着重要的影响。其中，正极材料对电池的充放电比能量性能影响就更大，并且对比于负极材料和电解质，锂离子电池正极材料的研究就显得较为滞后，这样就制约了锂离子电池的发展。因此，研究廉价、高性能、工艺简单的正极材料已成为锂离子电池发展的关键所在，作为锂离子电池正极材料的化合物就需要满足以下几个条件[8]：
（1）高电位。
（2）吉布斯自由能大。
（3）要求能够和电解质互溶。
（4）要求材料的具有稳定的物理和化学性质。
（5）材料具有可逆性。
（6）成本低，绿色环保，制备工艺简单，能实现流水线生产。