固相法合成具有纳米尺寸的Li2CrxMn1-xSiO4/C正极材料及其电化学性能的表征(2)
1 绪论
1.1 锂离子电池的简介
1.1.1 锂离子电池的发展现状
随着科学技术的飞速发展和人类物质文明、精神文明的不断进步，人类的日常生活一直在发生着日新月异的变化。“出行”作为我们日常生活中一件极其普遍的活动也正发生着巨大的变革，从民国时期的人力车，改革开放后的汽车，现在的电动汽车，我国的汽车行业发生着翻天覆地的变化。随着我国电动汽车和可再生能源产业化的发展的加快，我们需要尽快开发动力及储存能量良好的锂离子电池。随着科技的不断发展，锂离子电池也在不断地被改进，并被广泛地运用于我们的生活中，如被运用于我们生活中随处可见的手机、笔记本电脑、电动车等领域[1]。
当聚阴离子型正极材料被开发后，现在大部分商用的正极材料，很多是以LiFePO4、LiCoO2为主。但是LiCoO2中的钴金属在自然界中资源匮乏，物以稀为贵所以价格昂贵。即便价格昂贵，可是它还有很多不足之处，比如具有毒性，会污染空气，所以我们一般不会选用这种材料做成大型动力电池。最典型的就是对LiFePO4的研究，做了很多研究，为了能够使锂离子蓄电池被运用到交通领域，能够使电动车取代汽车，减少对于我们地球上有限能源的消耗。但是通过很多研究后发现LiFePO4并不实用，LiFePO4的主要缺点是电压较低，充放电比容量并不高，从而导致锂离子电池能量密度较低，这不能满足电动车对于大型锂离子蓄电池的需求[2]。
如今大部分的商品化锂离子电池是用各种脱嵌锂过渡金属氧化物材料作为正极，但是这些正极存在的缺点有很多：我们所知道的脱嵌锂过渡金属氧化物在充电状态时，最终都变成了强氧化剂。这种情况也就导致了正极材料与目前使用的有机电解液直接接触，影响了电池的安全性能，这样就会存在严重的安全隐患这个弊端[1-2]。为了能够使锂离子电池的正极材料具有高性能、安全性能好、对环境没有污染、成本低这些应用要求，因此我们选用聚阴离子型正极材料来替代各种脱嵌锂过渡金属氧化物正极材料，这是当前研究的重点。在诸多聚阴离子型材料中，因为Li2MnSiO4在自然界中的原料资源较丰富、价格便宜、对环境没有污染、热稳定性能好、安全性能高等优点，这些优点对于现在资源匮乏的地球，是非常具有吸引力的[3]。近年来通过研究发现Li2MSiO4(M=Mn，Fe，Co，Ni)系列硅酸盐基正极材料， Li2MSiO4的分子式中有两个Li+，理论上在充放电过程中会有两个锂离子能够脱出，相比其他锂离子可能能够具有更高的比能量，能够满足电动气车的需求，而且在自然界中，Li2MSiO4资源较丰富，而且对环境无污染，这些优良的特性引起了我们课题组注意。在同系的Li2MSiO4中，Li2FeSiO4电压比较低(3.1V)，而Li2CoSiO4和Li2NiSiO4的电压又太高（5.7V），的电压为4.1V，能够满足现今对于锂离子电池的需求，Li2MnSiO4作为新型的电池正极材料，与同系的其他正极材料相比，Li2MnSiO4具有较高的研究价值。Li2MnSiO4正极材料与LiFePO4正极材料比较相似，但是很多研究表明Li2MnSiO4作为锂离子电池正极材料，目前仍然存在电子电导率很低这个主要问题，在室温下测其电导率，测得的电子电导率为：5 × 10-16 S /cm，这导致Li2MnSiO4正极材料在较大的充放电电流密度下，部分活性成分根本不能够参与电化学过程，因而其倍率性能很差，这直接影响了其电化学性能。倍率性能差这个因素，直接导致阻碍了Li2MnSiO4正极材料的发展，阻碍了其发展为可实用化的高能电池。在动力电池这全球瞩目的领域，锂离子电池都是要做到高效才能够被充分利用，所以锂离子电池的高倍率工作特性直接决定了它的应用范围。因此，提高Li2MnSiO4的倍率性能是我们最近需要解决的最大问题，也是人们所关注的课题[4]。
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