磷酸铁锂合成技术与电化学性能(3)
图1.1 锂离子电池工作原理示意图(以钴酸锂电池为例)
目前市场上主要的高能小型蓄电池有镍镉电池(Ni/Cd)、镍氢电池(Ni/MH)以及锂离子电池(LIB)，三种蓄电池的主要技术指标如图1.2和表1.1所示。
图1.2 二次电池的能量密度的比较
与传统的二次电池相比较，锂离子电池在性能上具有显著的优越性。其主要特点有如下几点：
(l) 高能量密度
锂离子电池能量密度是Ni/MH电池的1.5倍、Ni/Cd电池的3倍[3]；在同等容量下锂离子电池的重量轻，其体积比能量是Ni/MH电池和Ni/Cd电池的1.5～2倍。
(2) 工作电压高
由于锂离子电池使用高电负性的含元素锂的电极，使其端电压高达3.6V，这一电压是Ni/Cd或Ni/MH电池电压的3倍。
(3) 自放电率低
锂离子电池在非使用状态下贮存几乎不发生化学反应，相当稳定。因为锂离子电池在首次充电的过程中会在碳负极上形成一层固体电解质界面膜(SEI)，它只允许离子通过而不允许电子通过，因此可以较好地防止自放电。
(4) 循环寿命长
锂离子电池的循环寿命达1000多次，是Ni/Cd或Ni/MH电池的2倍。
(5) 无记忆效应
Ni/MH电池和Ni/Cd电池存在记忆效应，而锂离子电池可随时充放电而不影响其容量和循环寿命。
(6) 对环境友好
因为锂离子电池中不含有镍、铅和镉等重金属，属于绿色的环保电池。
(7) 优良的安全性
由于使用优良的负极材料，克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题，使得锂离子电池的安全性大大提高。同时采用特殊的可恢复配件，保证了电池在使用过程中的安全性。
表1-1 三种电池的主要技术指标比较
技术参数 Ni/Cd电池 Ni/MH电池 LIB电池
工作电压（V） 1.2 1.2 3.6
重量比能量（Wh/kg） 50 65 100～160
体积比能量（Wh/L） 150 200 270～360
充放电寿命（次） 500 500 1000
自放电率（%/月） 25～30 30～35 6～9
记忆效应 有 无 无
环境污染 有 有 无
1.3 锂电池正极材料的发展历史与研究现状
1.4 本次毕业设计的研究目的与研究内容
目前，商业化大规模生产磷酸铁锂的方法主要是高温固相法。然而，这种方法能耗很大，而且无法得到单晶，产品质量也不够稳定。
本研究致力于使用水热反应合成具有合适、统一粒径和形貌的磷酸铁锂纳米材料，并探索该材料在锂离子电池中的应用前景。具体来说，本次毕业设计的研究目标为：
(1) 水热合成制备磷酸铁锂纳米粉体关键技术的研究
设计不同工艺路线来合成磷酸铁锂微纳米单晶颗粒。重点研究粉体的水热合成控制技术，获得具有特定形貌和一定晶粒尺寸的微纳米单晶颗粒，探讨水热合成工艺条件，包括原料的选择，添加剂的种类，合成温度，PH值，反应时间等因素对粉体纯度，晶粒形貌和尺寸的影响，以期获得最佳的水热合成的条件，制备高质量的磷酸铁锂纳米单晶颗粒。
(2) 对得到的磷酸铁锂材料进行电化学性能研究
以水热合成的磷酸铁锂材料作为原料，制作电极，组装电池并测试其电化学性能。研究不同水热合成反应条件下，不同碳含量等情况下对电化学性能的影响，初步探讨实际应用的可能性。