磷酸铁锂的合成及电化学性能研究(2)
1998年，中国也逐渐开始研究锂离子电池，国内涌现出一大批锂离子电池的制造商（如深圳德方纳米、湖南瑞祥、深圳贝特瑞等）。经过十几年的发展，已经成为了最大的锂离子电池制造国之一。然而，我国的科研水平仍远远落后于美国和日本等国家[2]。锂离子电池快速发展中也面临着巨大的挑战比如核心研究技术仍然没有掌握等。
锂离子电池是新型的现代能源存储装置，主要依靠正极和负极之间锂离子的嵌入和脱嵌来完成充放电。锂离子电池由锂电池发展而来，是锂系电池的一种。原来旧式照相机所用的电池就是锂电池。锂电池的正极材料一般采用MnO2或者SOCl2，负极则是锂。这种电池虽然可以充放电但是循环性能存在着很大的缺陷，比如在充放电过程中容易造成锂离子的团聚，使电池内部短路。不能满足市场需求。1982年首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室研制成功，之后人们对锂离子电池进行了大量的探索和研究以期找出高性能的锂离子电池。索尼公司研发出和锂电池正、负极材料不同的新型锂离子电池，标志着锂离子电池在商业上得到了广泛应用[3]。
锂离子电池的形状主要是方形和圆柱形。基本结构分为内部结构和外部结构。外部结构一般是外壳盖板等，内部结构由电解液、正负极片、隔膜组成。正极：锂离子电池的正极材料一般采用嵌锂化合物，如NiPO4、CoPO4或者LiFePO4等。是电池的核心部分。因此，寻找性能优良的正极材料一直是数十年来人们的主要研究方向。锂离子电池对正极材料的性能要求主要有：放电平台、比能量要高，循环性能要好即充放电可逆性要好，不易分解具有一定的稳定性，电子导电性要好。国内外的研究表明，满足这些要求的锂离子电池应该采用含有锂元素的物质作电极材料。根据不同的依据锂离子电池有不同的分类。比较常见的有：根据锂离子正极材料的不同可以将锂离子电池分为磷酸铁锂、磷酸镍锂、磷酸钴锂电池；还有人根据温度的不同来进行分类。LiCoPO4因为钴价格高昂、有毒性而被放弃，LiMnPO4则由于使用寿命各方面不如LiFePO4、存在安全隐患等原因而逐渐遭到淘汰。LiFePO4因具有充放电性能稳定、材料易得、价格低廉等优点，将逐渐取代LiCoPO4成为新一代锂离子电池的重要正极材料。LiFePO4电池在电池领域也逐步得到了快速的发展。一直以来负极材料不是锂离子电池研究的重点，事实上负极与正极一样的重要，对锂离子电池的各种性能具有重要影响。负极材料一般选用焦炭、石墨等炭质材料。电解液主要用于锂离子迁移、分隔电子的传输，目前多选用液态电解质，锂离子电池的不断发展也带动了电解液的快速发展。锂电池电解液由LiPF6加入带有锂盐的有机溶剂配制而成。隔膜：隔膜的主要作用是隔开电池的正负极，避免正负极相接触从而引起锂离子电池的短路。但锂离子可以自由的通过隔膜。因为电解液的溶剂为有机溶剂，因此隔膜材料要避免被有机溶剂腐蚀。一般采用PE聚乙烯、PP聚丙烯单层微孔膜,或者多层微孔膜作为锂离子电池的隔膜。
磷酸铁锂的结构
LiFePO4材料是锂离子电池中的一种重要的正极材料，磷酸铁锂简称为LFP。1997年，美国德克萨斯州立大学的John. B. Goodenough第一次提出憐酸铁锂可以代替磷酸钴锂用作锂离子电池，日本也发表橄榄石结构的LiMPO4。LiFePO4的结构非常稳定是有序的橄榄石结构，属于正交晶系Pmnb。每个晶胞有4个磷酸铁锂单元，晶胞参数：a = 0.6011nm，b = 1.0329nm，c = 0.46905nm[4]。如图1所示，LiFePO4中氧原子以稍微错位的吹冰方密堆积排列，Fe原子和Li原子占据O原子形成的八面体空隙。
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