磷酸铁锂的新颖合成方法(2)
在各种充放电电池中，锂离子电池以其优异的性能的到广泛关注。是目前能源界研究最热门的一种充电电池,其应用范围已从信息产业扩展到能源交通领域,成为公认的最优的储能电池和电动汽车优选的动力电源,具有广阔的应用前景和极大的经济效益。但由于目前商用锂离子电池正极材料钴酸锂在性能上存在安全缺陷和对稀缺钴资源的依赖,使得锂离子动力电池的应用在资源上和安全性能上存在很大的局限性。因此,寻求存量丰富、性价比低、对环境友好且安全性能优良的正极材料仍是今后相当长一段时间内国内外新能源研究者们研究开发的一个热点。
目前使用的二次电池主要有铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池[1]。随着人们对保护环保意识的日益增强，铅、镉等有毒金属的使用越来越受到限制，自从1990年锂离子电池被成功开发以来，由于具有比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染和安全性能好等独特的优势，其应用范围越来越广泛[2]。
1.1锂离子电池简介
1.1.1 锂离子电池的发展历史
早期的锂电池
锂离子电池（Li-ion Batteries）是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。例如，以前老式照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。这种电池也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中，容易形成锂枝晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充电的[3]。
锂离子电池
后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而呈层状结构的碳负极材料，因为它有很多微孔，当锂离子运送到负极时就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出， 又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。
摇椅式电池
我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。
能源可再生利用和环境保护是人类面临的两个严峻挑战，所以开发清洁可再生的新能源是世界经济发展过程中最具决定性影响的技术领域之一。其中，锂离子电池就是一类具有战略意义的新型能源，被认为应优先发展的技术。锂离子电池具有工作电压高、性价比高、能量密度高、制备工艺简单、自放电小、安全环保性好等优点，在新能源的开发及环境保护等重大技术领域发展中都具有举足轻重的地位和作用[4]。
1.1.2锂离子电池的原理及用途
锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池，它主要依靠锂离子在正负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反[5]。电池的电极材料一般采用含有锂元素的材料。
LiFePO4的充放电反应如下所示：
充电反应：LiFePO4 - x Li+ + - xe- ----------- x FePO4 +（1 - x）LiFePO4
放电反应：FePO4 + x Li+ + xe- ---------- LiFePO4 +（1 - x）FePO4