LiFePO4的工作温度探讨+文献综述+开题报告(3)
从2001年起，全球锂离子电池产量以每年40%的速度迅速增加。在全球锂离子电池产量中，包括中国大陆，台湾，香港地区在内，中国锂离子电池生产规模全球最大，中国大陆占16.9%，中国台湾地区占6.9%。Ni–Cd,Ni–MeH及锂离子电池的市场销售份额分别为23%,14%和63%（2001年）。铅酸电池受限于其性质，主要应用于启动、照明和点火。Ni–Cd电池则仍然最适合做大功率储能设备。
随着锂离子电池的广泛应用，对其高低温性能提出了更高的要求。航天，军事及民用领域均要求锂离子电池具有低至-40℃的工作温度[6]。目前主要的研究工作专注于开发新型的低温电解液以改善锂离子电池低温性能[7-9]，也有学者开始关注正负极材料本身在低温条件下的电化学性能。磷酸铁锂材料自1997年被J.B.Goodenough报道以来，以其无毒，容量高，成本低，电位平台稳定适中被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料，目前已得到广泛研究，受2008年金融危机的影响，新能源成为世界经济新的增长点，磷酸铁锂锂离子电池被认为是未来混合动力汽车、纯电动车最具应用价值的动力电池。但是锂离子电池尤其是磷酸铁锂正极材料低温性能并未得到广泛关注。在磷酸铁锂正极材料电池得到广泛应用的同时，低温应用性能的研究显得迫切而至关重要。
1.2 锂离子电池材料
1.2.1 锂离子电池负极材料
锂离子电池负极材料(分类如表1)需满足以下要求:
(1) 锂在负极的活度高，越接近纯锂的活度越好;
(2) 电化学当量低以获得尽可能达的比容量;
(3) 锂在负极中的扩散系数大，以实现高倍率放电;
(4) 与电解质溶液匹配性好;
(5) 在锂离子脱、嵌过程中，负极的电位变化小;
(6) 成本低，易制备;
表1.2.1 锂离子电池负极材料分类
1.2.2 锂离子电池正极材料
正极材料的选择依赖于我们的研究对象是锂金属电池还是锂离子电池。对于可充电锂电池，由于使用金属锂作为负极，正极材料不需要在组装电池之前进行嵌锂。相反，当使用碳材料作为负极时，由于碳负极中没有锂离子，正极材料就扮演着锂源的角色。这就研究正极材料在空气气氛中必须稳定的含有锂元素。
LiFePO4在自然界中以锂铁磷酸盐矿的形式存在，通常与LiMnPO4伴生[10]。它是正交晶系橄榄石结构，属于Pnma空间群，晶胞参数a=1.0329nm, b=0.60072nm, c=0.46905nm，晶胞体积为0.29103nm3[11]。由图1可见，LiFePO4晶体中氧原子呈微变形的吹冰方密堆积，磷原子占据四面体空隙，锂原子和铁原子占据交替放入a-c面上的八面体空隙，形成FeO6八面体和LiO6八面体。FeO6在b-c面上相互连接,而LiO6则在b轴方向上相互连接成链状结构。一个FeO6与两个LiO6共边；一个PO4与FeO6共边,与LiO6共用两条边，这就形成了可供锂离子自由嵌脱的空穴。在此结构中，所有氧原子与P5+通过强的共价键结合形成(PO4)3-四面体,使整个三文框架结构非常稳定，即便是在全充态下,氧原子也很难脱出。
图1.2.2 LiFePO4结构示意图
LiFePO4正极材料具有理论容量高，结构稳定，电压平台稳定，循环性能好，廉价易得，对环境友好等优点[12-13]，成为最具潜力的下一代锂离子电池正极材料。但是，LiFePO4正极材料也有其缺点，例如电子导电性不佳，因此大倍率放电性能不好；低温性能有待研究和提高等。现通常采用碳包覆，导电聚合物包覆，金属/离子掺杂等手段对材料进行改性。
1.2.3 电解液
电解液体系是锂离子电池性能的关键因素。由于不同组成的电解液凝固点不同，从而决定了其低温应用范围。电解液体系由电解液单体、电解质盐和添加剂构成，电解液单体决定了体系的凝固点；电解质盐则是提供可迁移的锂离子的源泉，其性能直接影响锂离子在电解液中的解离和迁移；而电解液添加剂则是电解液体系性能的关键因素，添加剂影响着电解液在电极表面的成膜性能等。
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