LiFeBO3/C的制备及电化学性能(2)
参考文献 24
1 引言
1.1 锂离子电池
锂离子电池分为两种一种为锂一次电池与锂二次电池，锂一次电池又被称为锂原理电池，而锂二次电池则被称为锂可充电电池。锂一次电池（锂原理电池）一般是用金属锂或者是锂合金来作为电池的负极，而其正极则是用MnO2等材料[1]。
1.1.1 锂离子电池发展史
锂离子电池的首次尝试由Harris于1958年提出采用有机电解质作为锂金属原电池的电解质[2]。70年代的M. S. Whittingham于埃克森的实验室使用硫化钛当做正极材料，金属锂当做负极材料，制成首个锂电池[2]。到了20世纪的70年代，锂离子电池被首次运用在军事和民用上。随后在20世纪70年代末，锂二氧化锰开始了正式的商业化生产。在1980年，钴酸锂被J. Goodenough发现可以用来当成锂离子电池的正极材料。而在1982年的R. R. Agarwal和 J. R. Selman，属于伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的他们发现了锂离子具有嵌入石墨的特性，这个过程是非常快速的，而且这个过程可逆[3]。然而与此同时，利用金属锂来制造的锂电池，它们的安全隐患受到了密切的关注，因而研究者们开始尝试采用锂离子嵌入石墨的特性制作能够充电的电池。在贝尔实验室，研究者们成功试着制造出首个可用的锂离子石墨电极。在1983年锰尖晶石被M. Thackeray、J. Goodenough等人发现是一种能够被用于制作优良的正极的材料，锰尖晶石具有价格低廉、优良的稳定性和十分良好的导电及导锂的性能。锰尖晶石的分解温度很高，并且钴酸锂的氧化性要远高于锰尖晶石，即使出现了短路或过度充电，也能够从燃烧、爆炸的危险避免。而在1989年，采用聚合阴离子的正极被A. Manthiram和J. Goodenough发现，这些正极会产生更高的电压。索尼公司在1991年发布了首个用于商用的锂离子电池。随后，消费电子产品也由于锂离子电池的革新而改变了其面貌。Padhi和Goodenough于1996年发现了具有橄榄石结构的磷酸盐，像磷酸锂铁(LiFePO4)等材料， 相比于传统的正极材料更加具有其优越性，现在已经成为了当今主流的正极材料[4]。
1.1.2 锂离子电池工作原理
在给锂离子电池进行充电的时候，正极的含有锂离子的化合物就会有有锂离子脱出，锂离子通过电解液来运动到负极。负极的炭材料是呈现为层状结构，它具有很多的微孔，当锂离子到达负极后，锂离子就会嵌入到碳层的微孔里面去，嵌入进去的锂离子越多，充电的容量也就越来越高。而在对锂离子电池进行放电的时候（就是我们使用锂离子电池时的锂离子电池运作的过程），嵌在负极的碳层中的锂离子就会脱出碳层的微孔，又“跑回”到正极去。若回到正极的锂离子越多，则放电的容量就越高。我们平常一直所说的电池容量就是指的锂离子电池的放电的容量。在锂离子电池的充电和放电过程中，锂离子一般从正极运动到负极再运动回正极的运动状态。这就好比是一把摇椅，而摇椅的两端就是电池的正极和负极，而锂离子就在这摇椅的两端来回运动，所以锂离子电池又叫摇椅式电池[5]。
锂离子电池原理
1.2 锂离子电池优缺点
1.2.1 锂离子电池的优点
锂离子电池含有较高的能量密度，它的体积的能量密度和质量的能量密度分别能够可以达到450Wh/dm3 和150Wh/kg，而且这些数值还在不停的提高。锂离子电池的平均输出电压比较高一般约为3.6V，是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍还多并且锂离子电池的输出功率很大，它的自行放电量很小，连Ni-Cd、Ni-MH的一半都还不到。锂离子电池并没有像Ni-Cd、Ni-MH电池那样的记忆效应，而且锂离子电池的电循环性能优越。锂离子电池既可以快速充电也可以快速放电，1C的充电时的容量可以达到标准称容量的80%以上。锂离子电池的充电效率高，在第1次充放电循环后基本上为100%。而且锂离子电池的工作温度范围很宽，一般在-30℃到+45℃之间。锂离子电池无需文修而且对环境比较“友好”，锂离子电池同样也被称为绿色电池。最后锂离子电池的使用寿命很长，在100% DOD充放电可达900次以上。
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