反应物比例在LiFePO4合成上的影响(2)
3 反应物比例在LiFePO4合成上的影响 13
3.1 LiFePO4样品的XRD分析 13
3.2 LiFePO4样品形貌分析 14
3.3 LiFePO4样品电化学性能 16
4 实验结果分析及展望 23
4.1 实验结果 23
4.2 展望 23
致谢 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 引言
随着现代社会的日益发展，特别是当今能源问题的日趋严重，以及对环保和可持续发展这一国策的日益重视，对于环境友好型的新型能源的开发越来越重视和支持。其中新一代的动力电池作为一种绿色环保的汽车动力来源越来越受到关注，其中锂离子电池由于它的工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等特点而备受关注和青睐。目前，锂离子电池已经在便携式电子产品和通讯产品中得到广泛的应用，并且已经逐步开发推广到了动力电池这一领域的使用。
锂离子电池的性能主要取决于征集材料的性能。目前，被广泛作为锂离子电池的正极材料的是钴酸锂。但是，钴酸锂这一材料对环境的危害大，且价格高、热稳定性和安全性差，特别是在高倍率充放电条件下，钴酸锂难以满足动力电池要求。因此必须去求一种材料能克服以上缺点，能达到动力电池正极要求，满足开发成本低、绿色环保、电化学性能好、安却性能佳等基本特点。
1997年，Goodenough实验小组首次报道了橄榄石型的磷酸铁锂（LiFePO4）。其具有原料来源广泛、比容量高(170mAh/g)、工作电压适中(3.4V vs Li+/Li)、循环性能好(充放电可达2000次)、电化学性能稳定等特点，是锂离子电池理想正极材料。
目前，动力及储能锂离子电池主要使用LiFePO4作为正极材料。LiFePO4材料具有原材料价格低、充放电特性好、高功率性能稳定、可快速充电、循环寿命长、高温稳定性好等优点，但低的体积与质量能量密度及苛刻的合成条件等缺点限制了其发展。
LiFePO4常用的制备方法有固相法和水热法两种。本论文是运用水热法来合成。通过调节反应物摩尔比例反应制备LiFePO4。利用X射线衍射等方法表征了掺杂LiFePO4电极材料的晶体结构。采用循环伏安等电化学表征手段，在水相电解液下测量LiFePO4的充放电等电化学性能。
1.2 锂离子电池的工作原理
常见的锂离子电池的外形为方形、圆柱形两种，另外还有薄膜形及纽扣式等，无论哪种外形的锂离子电池，其基本构造为：正极、负极、隔膜、外壳及密封材料等。电池内部普遍采用螺旋绕制的模式进行缠绕，使用聚乙烯薄膜等材料作为隔膜，将正、负极片间隔开来。
锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，其工作电压与可实现锂离子可逆脱嵌的电极材料结构以及材料中锂离子的浓度有关。
以LiCoO2/Li+电解液/石墨负极体系为例，如示意图1.1所示，对锂离子电池的工作原理进行解释说明。充电时，正极材料LiCoO2晶体中Co3+失去电子变成Co4+，电子经过外电路循环从正极到达负极；同时，为了保持化合物中正、负化合价平衡，Li+从正极材料中脱出经过电解质嵌入负极，并与石墨负极材料形成插层化合物LixCn化合物失去电子，同时Li+从负极材料中脱出来，经电解液到达正极后重新嵌入，正极的Co4+得到电子还原成Co3+，正极处于富锂态而负极处于贫锂态。通过不停充、放电过程，正负极材料发生氧化还原反应，锂离子在正负极材料中不断嵌入脱出，电子不断转移，生成化学电源[1]。
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