LiFePO4/C磷酸铁锂材料的制备及电化学性能研究(2)
6 测试结果讨论 11
6.1 各样品的制备条件 12
6.2 X射线衍射 12
6.3 循环伏安特性 13
6.3.1 表面活性剂的影响 22
6.3.2 抗坏血酸的影响 23
6.3.3 水热反应时长的影响 25
7 总结及展望 26
7.1 结论 26
7.2 展望 26
致 谢 28
参考文献 29
1 课题背景
电池技术是电池应用推广及领域拓展的关键，而改善电池性能又取决于电池电极材料及其他组件。具有优异电化学性能的新电极材料的发现将具有重要的时代意义。相对于普遍使用的金属氧化物，新电极材料应该在保证相应的电池性能的基础上，同时具备良好的安全稳定性及市场可接受的低廉成本。
磷酸铁锂(LiFePO4)早在1997年就被作为正极材料应用到锂离子电池中，随着其电化学性能的改善，逐渐成为新电极材料的典型代表。磷酸铁锂具有低成本、高循环特性、高安全性、高开路电压等优点，同时也有电导率低的本征缺陷。锂离子电池在充放电时，在晶格内锂离子将发生嵌入与脱嵌。晶体结构决定着电池材料的稳定性和锂离子扩散通道。电池工作时电极材料发生的电化学反应引起大范围的成分改变，此时电极材料的晶体结构应该保持稳定，进而保证电池的稳定工作[1]。
目前，LiFePO4的低电导率一直困扰着其应用推广。改善LiFePO4电化学性能的迫切任务是提高其电导率。掺杂是直接提高材料电导率的常用手段，表面包覆是提高材料电导率的另一种有效手段，尤其是碳包覆改善LiFePO4材料低电导率的不利影响，推进材料的工业化应用。电池的倍率性能依赖于电极、电解液中载流子的输运，而锂离子交换发生在材料界面，电池性能也依赖于电极材料的表面形貌[1]。如果能有效解决导电性这一问题，磷酸铁锂的巨大优势将促其成为动力电池、通讯电池等领域的首选材料。
2 文献综述
锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池，而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。
磷酸铁锂（LiFePO4）是一种锂离子电池的材料，不含贵重金属，原料来源广泛且价格低廉，低毒低污染。其工作电压适中、电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温高热环境下的稳定性高。
2.1 锂离子电池工作原理
锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和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。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。
锂离子电池工作原理示意图
2.2 锂离子电池负极材料的概述
作为可充放电的锂离子电池负极材料需要具备可逆地脱出—嵌入锂离子的能力，这类材料需满足下列几点条件：①正负极材料之间形成的电化学电位差要大，这样便可以得到功率较高的锂离子电池；②材料在嵌入锂离子反应的自由能变化要比较小且稳定；③为了保证电池在工作时电压稳定且放电容量较多，锂离子电池材料的可逆容量要大一些，并且实际锂离子在嵌入．脱出含量的多少对电极材料电位影响较小；④材料在脱出—嵌入锂离子反应高度可逆，这样可以促进其热力学稳定，保证电解液不与电极材料发生反应；⑤电极材料具有良好的电导率，这样可以使锂离子更加快速传递：⑥负极材料在循环时变形性较小，可以使锂离子电池具有较长的循环寿命；⑦在负极材料的固态结构锂离子中能够快速扩散，便于这样可以锂离子快速的脱嵌，从而提高锂离子电池的电化学性能；⑧材料经过多次循环以后结构要相对稳定、制作工艺相对简单、来源广泛并且成本较低。