Al掺杂对富锂正极材料0.4Li2MnO3-0.6LiMO2电化学性能的影响研究(2)
3.4.3不同Al掺杂量对富锂正极材料充放电性能的影响 19
3.4.4不同Al掺杂量对富锂正极材料循环伏安的影响 20
4.结论 22
致谢 23
参考文献 24
1.绪论
1.1 引言
人类的生存和发展都离不开能源的支撑。长时间以来，人类获取能量的重要来源是传统的化石燃料[1]。然而，化石燃料燃烧时不仅利用效率低，而且会释放出大量温室气体，甚至是有害气体，从而给环境带来极大的威胁[2]。中国是一个人口众多的发展中国家。实际上，中国如今的能源消耗总量在全球排行中已经是第二了，所以在当前的经济发展中，面临着必须有足够的能源供应问题。随着今后经济的增长，能源的供应量还要增长，但是我国又存在人口众多的问题，如果在中国选择与发达国家一样的能源消耗方式，如何解决中国的能源供应问题就显得至关重要[3]。为了更好的应对环境污染及能源枯竭带来的挑战，实现低碳社会就要求我们研究开发出高效、安全、无污染和可再生的新能源，其中最重要的研究方向之一便是对化学电源研究[4]——利用化学能和电能之间的相互转换研制出高效无污染并且可再生的高能化学电源。
世界上第一个化学电源——“伏打电池”[5]于19世纪初期产生之后，经由数次电源技术革命，化学电源在帮助人类处理环境污染和能源危机的过程当中起到了极其重要的作用。新型的化学电源——二次锂电池，由于其电压高，重量轻、体积小、比容量大、无记忆效应、循环寿命长、可快速充放电和无环境污染等一系列非常显著的优点而倍受关注，并且获得了急剧地发展[6,7]。现在二次锂电池的商业化产品已被广泛应用于纯电动车（EV）、插电式电动车（PHEV）、混合动力电动车（HEV）[8,9]、便携式电子设备（Portable Electronics）、能量存储装置（Energy Storage）等[10]。随着人们不断深入的研究，对于具有更大容量的大型锂电堆体系的二次锂电池的应用将发挥出更为巨大的作用。
1.2 锂离子电池简介
1.2.1锂离子电池发展状况
锂的相对密度只有水的一半，是自然界里最轻的金属元素，此外它又拥有着最低的电负性，其相对于标准氢电极的标准电极电位为-3.05V[11,12]。从而选择恰当的正极材料与金属锂匹配就能够得到较高的电动势，组成具有高比容量的电池。
对于锂二次电池最早的研究主要集中于锂或锂合金为负极的锂二次电池体系。在这种体系中，锂电池表面存在着不均匀性，在电池充电时，锂电极表面的电位分布不匀称，所以锂离子不能均匀沉积而致使在局部沉积速度过快，产生锂枝晶。锂枝晶不但会导致锂的不可逆性损失，而且可能导致枝晶穿透隔膜从而引起电池短路，短路电流产生出大量的热，最终导致电池燃烧甚至爆炸[13]。
自从1991年日本Sony公司第一次在市场上推出锂离子电池以来[14]，锂离子电池在短短几年内被运用于手机、笔记本电脑、数码相机等移动设备而得到了广泛的发展[15,16]。特别是随着电动汽车和混合动力汽车的问世，更是将锂离子二次电池的发展推向了第二个高潮[17]。世界上各个国家先后出台了锂离子电池的发展计划，如欧洲的“焦耳”计划、美国的先进电池联合体等[18,19,20]。中国政府同样高度重视锂离子电池的开发与应用，将其列入“863”计划和“十五”等重点项目。国内有很多研究单位开展了锂离子电池的研究，如天津电源研究所、北京科技大学、清华大学深圳研究院、中科院成都某所等都在做这方面的研究。但是目前核心技术基本上还是掌握在美国、日本和欧洲等发达国家手中[21]。
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