硅酸亚铁锂的制备与电化学性能研究
以磷酸亚铁为原料制备锂离子电池的电极材料磷酸亚铁锂的流程如下
以磷酸亚铁为原料制备锂离子电池的电极材料磷酸亚铁锂的流程如下磷酸亚铁锂作为一种重要的锂离子电池正极材料，具有较高的比容量和较长的循环寿命，被广泛应用于电动汽车和便携式电子设备。
制备磷酸亚铁锂的流程主要包括原料准备、材料研磨、混合反应、煅烧、中和、成品分选等步骤。
首先，原料准备阶段。
制备磷酸亚铁锂的原料主要包括磷酸亚铁和锂源。
磷酸亚铁可以通过磷酸和亚铁盐反应制得。
锂源一般选择采用碳酸锂或氢氧化锂。
这些原料需要经过精细的筛选和测量，以保证纯度和质量的稳定。
其次，材料研磨阶段。
原料在粉体研磨机中进行研磨，以增加材料的比表面积，提高反应速率和均匀度。
研磨过程中要注意研磨时间和研磨介质的选择，以控制研磨粒度和保证产品的质量。
接下来，混合反应阶段。
将研磨好的磷酸亚铁和锂源粉末按一定的比例混合均匀。
混合反应可以通过干法反应或湿法反应进行。
干法反应中，将混合粉末放入煤气化炉中进行高温反应。
湿法反应中，将混合粉末悬浮于溶液中进行反应。
反应过程需要严格控制反应温度、反应时间和反应压力，以确保反应的完全和产物的纯度。
然后，煅烧阶段。
反应完成后，将产物进行高温煅烧，以提高产物的结晶度和电化学性能。
煅烧温度一般在600~800摄氏度之间，时间根据具体情况而定。
煅烧时要注意控制气氛和煅烧速度，避免产生杂质和过度烧结。
之后，中和阶段。
煅烧后的产物需要进行中和处理，去除杂质和调节pH值。
常用的中和剂包括盐酸和硫酸等。
中和过程中要注意对产物的搅拌和加热，并严格控制中和剂的用量和中和时间。
最后，成品分选阶段。
经过中和处理后的产物需要进行过滤、洗涤和干燥，以得到纯净的磷酸亚铁锂成品。
成品分选时要注意控制过滤速度和滤饼的厚度，以及干燥温度和时间，以确保产品的质量和稳定性。
总之，制备磷酸亚铁锂的流程复杂且需要严格的控制条件。
在每个步骤中，都需要注意原料的选择和处理、反应条件的控制、产物的分离和纯化等方面，以确保最终制得的磷酸亚铁锂具有优良的电化学性能。
以磷酸亚铁为原料制备锂离子电池的电极材料磷酸亚铁锂的流程如下
以磷酸亚铁为原料制备锂离子电池的电极材料磷酸亚铁锂的流程如下磷酸亚铁锂是一种重要的锂离子电池正极材料，其具有高的比容量、良好的循环性能和较高的电压平台，被广泛应用于电子设备、电动汽车等领域。
下面将简要介绍磷酸亚铁锂的制备流程。
首先，以磷酸二氢钠（NaH2PO4）和亚铁氯化物（FeCl2）为原料，按一定的配比加入适量的水溶液中。
在搅拌的同时，逐渐加入适量的氢氧化锂（LiOH）溶液，使反应混合物保持弱碱性的条件。
反应混合物中的锂离子与磷酸二氢钠中的磷酸根离子反应生成磷酸锂：2LiOH+NaH2PO4→Li2HPO4+NaOH然后，向磷酸锂溶液中加入适量的亚铁氯化物溶液，产生反应生成亚铁磷酸锂：3FeCl2+Li2HPO4→Fe3(PO4)2+2LiCl在反应过程中，需要控制反应的温度和pH值，以保证反应进行顺利。
通常，反应温度在80-100℃范围内，pH值在7-8之间。
得到的亚铁磷酸锂沉淀通过离心、洗涤、干燥等步骤进行处理。
首先，用离心机将溶液中的沉淀分离出来，然后用适量的去离子水对沉淀进行洗涤，去除杂质。
洗涤后的沉淀通过真空干燥或高温烘干的方式得到亚铁磷酸锂粉末。
最后，得到的亚铁磷酸锂粉末通过固态反应或湿法混合等方式与导电剂（如炭黑）和粘结剂（如PVDF）进行混合，并加入适量的溶剂（如NMP）制备成电极浆料。
然后，将电极浆料涂覆在导电性较好的铝箔或铜箔上，经过烘干、压片、切割等工艺步骤，最终制备成磷酸亚铁锂的正极材料。
总之，磷酸亚铁锂的制备流程主要包括原料配料、反应合成、沉淀处理以及电极浆料的制备等步骤。
在制备过程中，需要控制反应温度、pH 值和反应时间等参数，以提高产物的纯度和电化学性能。
同时，对制备得到的正极材料进行表征和性能测试，为进一步应用于锂离子电池的研究提供依据。
锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂的改性进展
参考内容二
一、引言
随着电动汽车、移动设备等电化学能源领域的快速发展，锂离子电池（LIB） 已成为现今主流的电池技术。其中，磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）正极材料由于其 高安全性能、低成本和环境友好等优点，受到广泛和研究。然而，LFP也存在一 些固有缺点，如电子导电性差、锂离子扩散速率低等，限制了其在高倍率性能电 池中的应用。因此，针对LFP正极材料的改性研究成为当前研究的热点。
3、结构调控：通过调整材料的晶体结构、粒径和形貌等方式，优化材料的 电化学性能。例如，通过控制材料的粒径和形貌，可以改善材料的电化学反应活 性面积和锂离子扩散路径，提高材料的电化学性能。
3、结构调控如调整材料的晶体 结构、粒径和形貌等方式可以优 化材料的电化学性能
1、进一步提高磷酸亚铁锂正极材料的能量密度和安全性能。由于磷酸亚铁 锂的理论能量密度有限，因此需要研究新的正极材料以提高能量密度。同时，为 了满足电动汽车、储能系统等应用领域的安全性要求，需要进一步优化材料的安 全性能。
二、离子掺杂
离子掺杂是一种能有效提升LFP性能的方法。通过在LFP晶格中掺杂导电性好 的金属离子，可以降低Li+沿一维路径扩散的阻力，提高电子导电性和离子扩散 速率，进而改善LFP材料的循环性能和倍率性能。例如，有研究报道，掺杂元素 Mg可以有效地提高LFP的电化学性能。通过Mg元素的掺杂，可以增加LFP的电子导 电性和离子扩散速率，同时保持其结构稳定性。此外，其他元素如Al、Ti等也被 研究用于掺杂LFP，以改善其电化学性能。
背景
自1991年索尼公司首次将锂离子电池商业化以来，锂离子电池技术取得了飞 速发展。正极材料是锂离子电池的核心部分，其性能的优劣直接决定了电池的能 量密度、充放电效率、安全性和寿命。在经历了碳酸酯类、层状过渡金属氧化物 等多个阶段后，磷酸亚铁锂正极材料由于具有较高的能量密度、良好的循环性能 和安全性，成为当前最具有发展前景的锂离子电池正极材料之一。
硅酸亚铁锂
硅酸亚铁锂
硅酸亚铁锂是一种新型的正极材料，具有很高的容量、较长的寿命和较高的能量密度。
下面从化学结构、电化学性能和应用等几个方面来介绍硅酸亚铁锂。
一、化学结构
硅酸亚铁锂的化学式为Li2FeSiO4，是一种属于锂离子电池正极材料家族中的锂铁硅酸盐类化合物。
从化学结构上看，硅酸亚铁锂采用了立方相变结构，并有着类似于尖晶石的点阵结构。
在这种结构中，硅酸亚铁锂的阳离子是铁离子Fe2+和锂离子Li+，阴离子则为硅酸根离子SiO4。
二、电化学性能
硅酸亚铁锂的电化学性能要求具有高容量、高速率性能和稳定的电化学性能。
事实上，硅酸亚铁锂具有高达330mAh/g的超高比容量，并且具有极好的电化学性能，能够稳定地释放锂离子和电子，从而形成锂正极材料的典型特性。
三、应用
硅酸亚铁锂目前已经广泛应用于锂离子电池中，包括电动汽车、电动工具、储能系统等多个领域。
由于硅酸亚铁锂具有高容量、长寿命和较高的能量密度，得到了广泛的应用和发展。
总之，硅酸亚铁锂作为锂离子电池的新型正极材料，具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
水解法制备掺氟硅酸亚铁锂正极材料
文章 编 号 ：０７２ ５ （０ １ ０ － １－５ １０ －８３ ２ １ ） ５０ ００ ０
水 解 法 制备 掺 氟 硅 酸 亚 铁 锂 正 极 材 料
陈梅 蓉 ， 继成 ， 施 张雅娴 ， 美娟 ， 秀华 ， 常 李 童庆松
（ 福建师范大学 化学与材料学院 ， 福建 福 州 ３０ ０ ） ５０ ７
的 ＬＯ ・ ０的 ３ ％ 质 量 溶于 ５ ｉＨ Ｈ２ ０ Ｏ℃ 水 ， 滴 加 逐 入 Ｓ（ Ｃ Ｈ ） ｉＯ ２ ５４的乙 醇 溶 液 ， 反应 ２ ｉ． 人 称 ０ｍｎ 加
量的余下 的反应物 以及 反应物总质量 １％ 的蔗 ０
糖， 球磨 ５ｈ后 真空 干 燥． 干燥 的前 驱物 置 于 氩 将 气氛 围中 ， 先在 ４０ｏ ０ Ｃ下烧结 ４ｈ 然后 再 于 ６０ｏ ， ０ Ｃ 烧结 １ ， ０ｈ 制得 理 论组 成 分 别 为 Ｌ２５ｅｉ Ｃ和 ｉ０ ＳＯ／ ．Ｆ
电化学性能 ．
关
键
词： 锂离子 电池 ； 水解法 ； 正极材料 ； 掺氟硅 酸亚铁锂
文献标志码 ： Ａ
中图分类 号 ： １ ． １ ０６ ４ １１＋１ Ｏ６ ４ ７＋１ ； １． １
聚 阴离子 正 极 材 料 具 有 结 构稳 定 、 材料 价 原
Ｓ（ Ｃ Ｈ ）和 ＬＦ 加 人 反 应 物 总质 量 １％ 的 蔗 ｉＯ ｉ， ０
格低廉、 安全性好等优点 ， 已被广泛研究…． 在诸 多聚阴离子化合物 中， 硅酸盐具有 自然资源丰富 、 环境友好等特点． 自从 Ｎ ｔ’ 等 首次制备正交 ｙ ｎ ｅ 型硅 酸亚 铁 锂 （ ｉ ｅｉ 以来 ， 材料 已受 到 国 Ｌ Ｓ０ ） Ｆ 该 内外 学者 的重 视 ‘． 于 Ｌ ＦＳＯ ３ 对 Ｊ ｉ ｅｉ 来 说 ， 于硅 由 的 电负性 较 低 ，ｅ Ｆ ¨ 电 对 的 电 位较 低 ， Ｆ ／ ｅ 因而 未经 改 性 的 Ｌ２ ｅ ｉ４比未 经 改 性 的 ＬＦ Ｐ ４有 ｉ ＳＯ Ｆ ｉｅ ０ 更窄的能带 宽度和更 高的 电导率 …． 而， 于 然 对 实际电池体系来说 ，ｉ ｅｉ Ｌ Ｆ Ｓ 的电子 电导率及锂 Ｏ 离子 扩散 系数 还是 太小 ， 目前 制备 的 Ｌ Ｆ ＳＯ 常 ｉ ｅｉ 常含 有杂 相 Ｊ为 了改 善 硅 酸 亚 铁 锂 的 电 化学 性 ． 能， 已采用制备纯相 Ｌ Ｆ Ｓ 包覆碳 、 ｉ ｅｉ ＿ 、 Ｏ４ Ｊ Ｊ离子 掺杂 等 方 法 改善 性 能 ． 过 ， 管 经 过 以上 改进 ， 不 尽 目前 制备 的 Ｌ ｅｉ 的循 环性 能 、 电流放 电性 ｉ ＳＯ Ｆ 大 能及 低温 放 电性 能 仍 然 较 差 ． 虑 到 氟 的 电 负性 考 大， 只带 １个单 位 负 电荷 ． 当氟 离子 取代结 构 中部 分氧时， 引起 晶格 缺 陷 ， 而 影 响 样 品 的导 电性 从 能 ． 中对 比了水 解 法 和直 接 混 合 法 制 备 的 掺 氟 文 硅 酸亚铁 锂 的理化 性 能．
硅酸亚铁合金负极材料用于钠离子电池
硅酸亚铁合金负极材料用于钠离子电池硅酸亚铁是一种重要的材料，可以用作钠离子电池的负极材料。
钠离子电池是一种新型的电化学储能技术，具有高能量密度、低成本和环保等优点，被广泛研究和应用于能源储存领域。
硅酸亚铁具有较高的反应活性和电化学性能，在钠离子电池中作为负极材料具有以下优势。
首先，硅酸亚铁的丰富性能使得其成为良好的负极材料。
它具有较高的钠离子容量和较低的电位，可以实现高能量密度和高循环稳定性。
此外，硅酸亚铁还具有良好的可逆性能，可以减少电池的衰减和损耗。
其次，硅酸亚铁具有较高的离子电导率。
硅酸亚铁的晶体结构具有开放的通道和孔隙，可以促进钠离子的扩散和迁移。
这有助于提高电池的电荷和放电速度，提高电池的性能和效率。
此外，硅酸亚铁具有较好的结构稳定性和机械性能。
它可以抵抗钠离子的扩散和释放，减少电极材料的损耗和衰减。
硅酸亚铁的结构稳定性还可以提高电池的循环寿命和可靠性。
最后，硅酸亚铁具有较低的成本和丰富的资源。
硅酸亚铁是一种常见的非贵金属材料，具有较低的成本和广泛的应用前景。
它的合成和加工工艺相对简单，可以实现规模化的生产和应用。
然而，硅酸亚铁作为钠离子电池的负极材料仍然存在一些挑战。
首先，硅酸亚铁的体积膨胀和收缩导致电极材料的破裂和衰减。
这会降低电池的性能和循环寿命。
其次，硅酸亚铁的导电性较差，需要通过优化电极结构和添加导电剂来提高电池的性能。
综上所述，硅酸亚铁是一种有潜力的钠离子电池负极材料。
它具有较高的反应活性、良好的电化学性能、高离子电导率和良好的结构稳定性。
然而，还需进一步解决其体积膨胀和导电性问题，以实现更高性能和更可靠的钠离子电池。
《2024年正极补锂材料Li5FeO4与Li5AlO4的性能研究》范文
《正极补锂材料Li5FeO4与Li5AlO4的性能研究》篇一一、引言随着新能源汽车和储能系统的高速发展，对锂离子电池的能量密度、安全性及循环寿命的要求日益提高。
正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其性能的优劣直接决定了电池的整体性能。
近年来，Li5FeO4与Li5AlO4作为新型正极补锂材料，因其高能量密度、环保性及良好的循环稳定性受到了广泛关注。
本文旨在研究这两种材料的性能，为锂离子电池的进一步发展提供理论支持。
二、Li5FeO4材料性能研究1. 结构与组成Li5FeO4具有正交晶系结构，其化学组成中铁元素以+3价形式存在，与锂离子形成稳固的框架结构。
该结构有利于锂离子的嵌入和脱出，从而提高电池的充放电性能。
2. 电化学性能Li5FeO4材料具有较高的理论比容量和能量密度，同时其充放电平台较为平稳，有利于提高电池的能量利用率。
实验数据显示，Li5FeO4在充放电过程中表现出良好的循环稳定性，即使在高温环境下也能保持较高的容量保持率。
三、Li5AlO4材料性能研究1. 结构与组成Li5AlO4具有立方晶系结构，铝元素以+3价形式与锂离子形成稳定的化合物。
该结构的稳定性有助于提高材料的循环寿命和安全性。
2. 电化学性能Li5AlO4材料具有较高的工作电压和较好的充放电平台。
实验结果显示，该材料具有较高的初始放电容量和良好的容量保持率，尤其在高温和高倍率充放电条件下表现出色。
此外，Li5AlO4还具有良好的倍率性能，能够在短时间内完成充放电过程。
四、性能对比与分析通过对Li5FeO4与Li5AlO4两种材料的性能进行对比分析，可以发现它们在结构、组成和电化学性能方面具有各自的优点。
Li5FeO4具有较高的理论比容量和能量密度，而Li5AlO4则具有较高的工作电压和良好的循环稳定性。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的材料。
此外，两种材料均具有良好的安全性和环保性，符合当前锂电池的发展方向。
五、结论本文对正极补锂材料Li5FeO4与Li5AlO4的性能进行了研究。
锂离子动力电池用高性能硅酸亚铁锂基复合正极新材料研发及产业化应用
锂离子动力电池用高性能硅酸亚铁锂基复合正极新材料研发及产业化应用项目介绍：新型聚阴离子型正极材料硅酸亚铁锂（Li2Fesi04）具有工作电压高、比能量大、结构稳定等优点，然而其较低的电子导电率和锂离子扩散速率极大地限制了该材料在储能领域的广泛应用。
本项目针对该材料两大缺陷，围绕“接枝”不同卤素离子的有机硅作为新型硅源，原位一步构筑了卤素阴离子掺杂的Li2FeSiO4.yXy@Carbon复合正极材料。
在此基础上，揭示工艺过程控制与结构特征的关系，实现该材料的结构优化与性能调控；提出一种新型硅酸亚铁锂动力电池正极材料一设计一制造一体化的优化设计理论与方法；研发出基于新材料的动力电池产品的制造工艺技术和质量控制方法；突破硅酸亚铁锂正极新材料导电率低、锂离子传输速低等应用技术难题，形成系列新材料、新技术和专利技术成果。
本创新项目源于项目负责人及团队前期省部级、产学研及横向开发等一系列课题的工作延伸。
项目研究成果不仅将有利于实现新能源汽车动力电池材料一体化综合设计、制造和应用，提升我国动力电池材料的自主创新研发能力和国际竞争力，而且将为实现汽车工业的新能源化、轻量化、绿色化和可持续化发展提供技术和产品支撑，为进一步推广应用性优、价廉的动力电池新材料及其新产品、新技术起到示范作用，产生良好的经济效益和社会效益。
团队介绍：本项目研究团队长期从事包括新能源材料在内的先进复合材料研究，开展了大量与锂离子电池材料（国家NSFC项目、双一流建设引导专项）、复合材料表面和界面研究（国家“863”课题）的项目；项目组均博士毕业于国内知名高校院所，年龄结构老中青分明，具有开拓的学术视野、交叉性、多元化的学术背景和丰富产学研经验，可为本项目研究的顺利实施打下良好的基础。
项目需求：投融资LizFeSiO4复合正极新材料的一体化改性思路。
磷酸亚铁锂实验报告
一、实验目的1. 学习并掌握磷酸亚铁锂的制备方法。
2. 了解磷酸亚铁锂的物理性质和电化学性能。
3. 培养实验操作技能，提高化学实验素养。
二、实验原理磷酸亚铁锂（LiFePO4）是一种新型锂离子电池正极材料，具有高能量密度、安全性好、寿命长等优点。
本实验采用溶液法合成磷酸亚铁锂，通过测定其物理性质和电化学性能，对磷酸亚铁锂进行研究。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：电子天平、烧杯、玻璃棒、电热套、干燥箱、电极工作台、电池测试仪等。
2. 试剂：硝酸铁、磷酸二氢钠、柠檬酸铵、无水乙醇、去离子水等。
四、实验步骤1. 称取一定量的硝酸铁和磷酸二氢钠，加入烧杯中，加入适量的去离子水溶解。
2. 加入适量的柠檬酸铵，搅拌均匀，形成均匀的溶液。
3. 将溶液转移至电热套中，加热至80℃，保持恒温反应1小时。
4. 反应结束后，将溶液冷却至室温，过滤得到固体产物。
5. 将固体产物在干燥箱中干燥，得到磷酸亚铁锂。
6. 对制备的磷酸亚铁锂进行物理性质和电化学性能测试。
五、实验结果与分析1. 物理性质：通过X射线衍射（XRD）分析，确定产物为磷酸亚铁锂。
扫描电镜（SEM）观察，发现产物呈球形，粒径约为200nm。
2. 电化学性能：（1）恒电流充放电测试：以磷酸亚铁锂为正极材料，锂片为负极材料，电解液为1mol/L LiPF6/EC+DMC（体积比1:1），在电池测试仪上进行恒电流充放电测试。
结果表明，磷酸亚铁锂首次充放电比容量为160mAh/g，循环稳定性良好。
（2）倍率性能测试：在0.1C、0.5C、1C、2C倍率下进行充放电测试。
结果表明，磷酸亚铁锂在2C倍率下仍能保持较高比容量，具有良好的倍率性能。
（3）循环稳定性测试：在1C倍率下进行充放电循环测试，每50次循环后进行电化学性能测试。
结果表明，磷酸亚铁锂在1000次循环后仍能保持较高比容量，具有良好的循环稳定性。
六、实验结论1. 采用溶液法成功制备了磷酸亚铁锂，产物呈球形，粒径约为200nm。
硫酸亚铁锂电池
硫酸亚铁锂电池
优点：安全性能高、高温性好、大容量。
缺点：成本高。
一、优点：
1、磷酸铁锂晶体中的P-。
键稳定，不易被破坏。
即使在高温或过充的情况下，该结构也不会像锂钻氧化物那样坍塌，不会放热或形成强氧化物质，因此具有良好的安全性。
2、磷酸铁锂的最高电温可达350℃-500℃,而镒酸锂和钻酸锂的最高电温仅为200℃左右。
工作温度范围宽(-2OC-75C),耐高温磷酸铁锂的最高电温度可达350℃-500℃,而镒酸锂和钻酸锂的最高电温度仅为200℃左右。
3、当电池持续满负荷运转时，它会迅速降到额定容量以下，这种现象被称为记忆效应。
像银氢电池和银镉电池都有记忆，而磷酸铁锂离子电池则没有这种现象。
无论电池处于什么状态，都可以随时充电和使用，而无需在充电前将其熄灭。
二、缺点：
1、磷酸亚铁锂和碳涂层的纳米化虽然提高了材料的电化学性能,但也带来了能量密度降低、合成成本增加、电极生产加工性能差以及对环境要求苛刻等问题。
虽然磷酸亚铁锂中的化学元素锂、铁、磷含量丰富，成本较低，但制得的磷酸亚铁锂产品成本不低。
即使去掉前期的研发成本，这种材料的工艺成本加上更高的制备电池的成本，也会使得最终的单位储能成本更高。
溶胶凝胶法制备磷酸铁锂及电化学性能研究
近年来,随着混合电动车、纯电动汽车等大功率耗能设备的的迅速发展,大容量的锂离子动力电池被广泛地关注和研究。
本论文采用了溶胶-凝胶法并结合水热法制备磷酸铁锂正极材料,根据各种测试表征分析结果表明:该方法所制备的磷酸铁锂纳米材料呈现均一的纳米颗粒形状,并且具有良好的电化学性能。
1实验部分磷酸铁锂电池的制备:(1)称量出1.2588g 一水合氢氧化锂,再用量取0.68ml 磷酸,置于50ml 烧杯中磁力搅拌。
将一水合氢氧化锂倒入烧杯中,搅拌至烧杯底部没有沉淀。
(2)称量2.7802g 硫酸亚铁,继续搅拌到无沉淀。
(3)将溶液倒入水热釜内胆中,封口后放置于鼓风干燥箱中,180℃干燥两天。
(4)将干燥物使用去离子水清洗两次。
放置于鼓风干燥箱内,至化合物完全干燥。
(5)将干燥化合物取出到研磨钵内,研磨成粉末状。
2材料表征与讨论2.1SEM 测试结果分析图1SEM 测试图如图1所示,显示了样品的扫描电镜。
从图中可看出材料的形貌规则呈橄榄石结构,颗粒大小均匀,在400-600nm 之间,这种规则的结构之间没有较大的空隙存在,增大了材料的比表面积,并且电极材料的振实密度和比容量也增大了[1],因此提高了锂离子电池的循环性能和比容量,材料的导电性能也会随之增大。
2.2XRD 测试结果分析如图2为材料的X 射线衍射分析,材料结晶度经XRD 分析在2θ=20.8°、25.7°、29.8°、35.7°、52.8°、61.9°出现明显的特征衍射峰[2]。
衍射峰峰值尖锐,半高宽窄,说明结晶度较高[3]。
图2XRD 测试图2.3库伦倍率与循环次数测试结果分析图3为磷酸铁锂电极材料的充放电倍率数据图,可看出材料的稳定性较好,当电极材料的活性物质被激活后,电池的可逆性反应趋于稳定,同时电池的容量也趋于稳定并在75mAh/g 左右。
电极材料在使用时产生的锂枝晶较少时,充放电电容之比稳定[4],锂离子的电化学性能稳定,锂离子在电极材料的脱嵌过程中,几乎不损失,库伦效率较高[5]。
硅酸亚铁锂的制备与电化学性能研究
前言随着经济社会的飞速发展，人类对能源的需求日益增长，煤、石油、天然气三大化石燃料是人们使用的主要能源，然而，这些以化石燃料为主要燃料的能源结构存在以下两个方面的问题：一、化石燃料储量有限。
据预测，全球的化石燃料按目前的耗能速度用不到两百年。
二、使用化石燃料所引起的环境问题。
化石燃料在使用过程中放出大量的二氧化碳引起全球变暖，且燃烧化石燃料时还生成SO2、CO、NOx以及各种有害有机物和微尘等严重污染环境。
迫于石化资源匮乏和环境污染的压力，近年来以太阳能、风能、氢能为代表的新能源技术成为各国研究热点，受到人们的重视和青睐。
但由于这些新能源技术的可移动性较差，二次电池作为能量储存和转化的重要装置在今后的能源结构中具有不可替代的作用[1]。
由于对现有材料和电池设计技术的改进以及新材料的出现，锂离子电池的应用范围不断被拓展。
民用已从信息产业(移动电话、PDA、笔记本电脑等)扩展到能源交通(电动汽车、电网调峰，太阳能、风能电站蓄电)，军用则涵盖了海(潜艇、水下机器人)、陆(陆军士兵系统、机器战士)、天(无人飞机)、空(卫星、飞船)诸兵种，锂离子电池技术已不是一项单纯的产业技术，它攸关信息产业的发展，更是新能源产业发展的基础技术之一。
我国与锂离子电池有关的主要资源丰富，如我国石墨储量居世界第一位；我国是亚洲唯一盛产锂矿的国家，探明LiCl储量为1647.36万吨，因此我国发展锂离子动力电池具有明显的资源优势。
作为能源储存与转化的重要方式之一的化学电源(电池)，是一种通过化学反应将化学能转变为电能的装置，在工业、军事以及人类的日常生活中已经得到了广泛的应用，是缓解当今能源危机以及减少环境污染的重要工具。
然而，随着社会的发展、科学技术的进步，对化学电源的性能提出了更高的要求。
如随着电脑、移动电话、摄像机及无绳工具等日益向小型化、轻型化发展，迫使电池朝价廉、高效、质轻、环境友好等方向发展。
另外，为了减少对石油的依赖程度，控制环境污染和温室效应，电动汽车、电动自行车、电动摩托车等环境友好型交通工具被认为是能从根本上解决燃油车辆带来的环境污染和能源危机问题的最佳办法。
Li1-xTixFePO4(0≤x≤0.02)制备表征及电化学性能研究
Ｌ１ Ｔ ｅ Ｏ ｉ ｉ Ｐ 比 ＬＦ Ｐ Ｃ具 有更 加优 异的容量性能 和倍率性能 。 … Ｆ ｉｅ ０ ／ 关键词 ： 磷酸亚铁锂 ； 橄榄石 ； 电容量 放
ｒ ｓ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｒ ｈ ｏ １ ｅ ｅ ｃ ｎ Ｌｉ
一
Ｔ ｅ Ｏ （ ≤ ０ ０ ） ｉ Ｐ ４ ０≤ Ｆ ．２
Ｇ ｏＸ￣ｎ ， ｕＨａ ，ｈ ｏＱ ｎｙ ｎ Ｚ ｉ ｉ ｋ ， ｅＡｚｅ ，ｈｎ ｕ ｕ ｉ ｇ Ｘ ｎ Ｚ ａ ｉｇｕ ，ｈ ａ ｅ Ｈ ｉ ｎ Ｚ ａ ｇＳ Ｘ ｏ ｈ
无 机 盐 工 业
４２
第４ ３卷 第 １ ２期
２１ ０ １年 １ ２月
Ｉ ＮＯＲＧＡＮＩ ＣＨＥＭＩ Ｃ ＣＡＬ ＮＤＵＳ ＳＩ ＴＲＹ
Ｌｉ １
一
Ｔ ｅ Ｏ ０≤ ≤ ０ ０ ）制备 表 征及 ｉ Ｐ ４（ Ｆ ．２
电化 学 性 能 研 究
郭西凤 ， 许 寒， 赵庆 云 ， 晓科 ， 郅 何爱 珍 ， 章 鞋
（ 中海油天津化工研究设计 院 ， 天津 ３０ ３ ） ０ １ １
摘
要： 采用 固相工艺制备 了具有锂位掺杂的磷酸铁锂正极材料 Ｌ１Ｔ ｅ Ｏ （ ≤０ ０ ） 并将该 材料 与 ｉ ｉ Ｐ ０≤ 一 Ｆ ．２ ，
相同条件下 制 备 的 ＬＦ Ｐ Ｃ材 料进 行 晶体结 构、 面 形貌 、 量性 能 以及 倍 率性 能 比较 。通 过 比较 发 现 ， ｉｅ Ｏ ／ 表 容
…
Ｔ ｅ ０ （ ≤ ０ ０ ）ａｄＬＦＰ ４Ｃｗ ｒ ｐｅａｅ ｙｓｌ － ｉ Ｐ ４ ０≤ Ｆ ．２ ｎ ｉｅ０ ／ ｅｅ ｒｐｒｄｂ ｏｄ ｉ
水解法制备掺氟硅酸亚铁锂正极材料
水解法制备掺氟硅酸亚铁锂正极材料陈梅蓉;施继成;张雅娴;常美娟;李秀华;童庆松【摘要】采用水解法制得纯相掺氟硅酸亚铁锂正极材料.通过XRD衍射、充放电实验、交流阻抗谱、红外光谱、热重等现代手段,研究了所制备的样品的电化学性能.研究表明,通过400、600℃两步烧结可制得具有单斜结构(空间群P21/n)的Li2.05 FeSiO4F0.02/C.制备的扣式电池在55℃下,分别以0.3C、1C、2C倍率电流连续充放电30循环时,第1循环的容量分别为116.8、106.5、99.2 mAh·g-1.掺氟改善了硅酸亚铁锂的电化学性能.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2011(028)005【总页数】5页(P10-14)【关键词】锂离子电池;水解法;正极材料;掺氟硅酸亚铁锂【作者】陈梅蓉;施继成;张雅娴;常美娟;李秀华;童庆松【作者单位】福建师范大学,化学与材科学院,福建,福州,350007;福建师范大学,化学与材科学院,福建,福州,350007;福建师范大学,化学与材科学院,福建,福州,350007;福建师范大学,化学与材科学院,福建,福州,350007;福建师范大学,化学与材科学院,福建,福州,350007;福建师范大学,化学与材科学院,福建,福州,350007【正文语种】中文【中图分类】O614.111+1;O614.7+11聚阴离子正极材料具有结构稳定、原材料价格低廉、安全性好等优点,已被广泛研究[1].在诸多聚阴离子化合物中,硅酸盐具有自然资源丰富、环境友好等特点.自从N yte’n等[2]首次制备正交型硅酸亚铁锂 ( Li2FeS iO4)以来,该材料已受到国内外学者的重视[3].对于 L i2FeSiO4来说,由于硅的电负性较低,Fe2+/Fe3+电对的电位较低,因而未经改性的 L i2FeSiO4比未经改性的 L iFePO4有更窄的能带宽度和更高的电导率[1].然而,对于实际电池体系来说,Li2FeSiO4的电子电导率及锂离子扩散系数还是太小,目前制备的 L i2FeSiO4常常含有杂相[4].为了改善硅酸亚铁锂的电化学性能,已采用制备纯相 L i2FeSiO4[4]、包覆碳 [5]、离子掺杂等方法改善性能.不过,尽管经过以上改进,目前制备的 L i2FeSiO4的循环性能、大电流放电性能及低温放电性能仍然较差.考虑到氟的电负性大,只带 1 个单位负电荷.当氟离子取代结构中部分氧时,引起晶格缺陷,从而影响样品的导电性能.文中对比了水解法和直接混合法制备的掺氟硅酸亚铁锂的理化性能.按照Li Fe Si F的摩尔比为2.03 1 1 0.02,分别称取LiOH·H2O、FeC2O4·2H2O、Si(OC2H5)4和 L iF,加入反应物总质量 10%的蔗糖,以乙醇为分散剂,球磨 5 h后真空干燥.将干燥的前驱物置于氩气氛围中,先在4 00℃下烧结4 h,然后再于600℃烧结 10 h,制得理论组成为Li2.05FeSiO4F0.02/C的样品,命名为 F2-m.按照Li Fe SiF的摩尔比为( 2.05-x)1 1x(其中,x=0或0.02),分别称取LiOH·H2O、FeC2O4·2H2O、Si(OC2H5)4和 L iF.将称量的LiOH·H2O的 3 0%质量溶于5 0℃水,逐滴加入 Si(OC2H5)4的乙醇溶液,反应 20 min.加入称量的余下的反应物以及反应物总质量 10%的蔗糖,球磨 5 h后真空干燥.将干燥的前驱物置于氩气氛围中,先在4 00℃下烧结 4 h,然后再于6 00℃烧结 1 0 h,制得理论组成分别为 Li2.05FeS iO4/C和Li2.05FeSiO4F0.02/C的样品,分别命名为 F 0和 F 2.采用X ′Pert PRO X射线衍射仪,荷兰,Philips公司,X射线波长为λCoKα1=1.7809 1Å,管电流30mA,管电压 4 0 kV.测试步长0.02°,扫描速度4°/min,扫描范围为 10°～90°.按活性物质:乙炔黑聚偏氟乙烯的质量比为85 10 5的比例混合,加入 1-甲基-2-吡咯烷酮,球磨混合均匀,将浆料均匀的涂覆在铝片集流体上,以 1 10℃真空干燥后压片制得正极片[6].电解液为含1.0mol·L-1LiPF6的 EC和 DEC的混合溶液 (EC DEC 的重量比为 1 1).在充满氩气的手套箱中,将金属锂负极、Celgard 2400聚丙烯隔膜、正极片、电池壳及电解液组装成 CR2025型扣式电池.充放电实验采用新威电池测试系统 (深圳).在室温下充放电实验测试的电压范围为1.5～4.8 V,充放电采用 0.3C倍率电流;在55℃下充放电实验测试的电压范围为1.5～4.5 V,充放电分别采用 0.3C、1C、2C倍率电流.交流阻抗谱测试采用 CH I660C电化学工作站,测量的频率范围是 0.01-100 KHz,振幅电压为0.005V.样品的红外光谱采用 The rmo Avatar 360红外光谱仪 (美国,Nicolet公司)测试,分辨率为 2 cm-1,测量范围为 400～4 000 cm-1.样品的热重曲线用 Netzsch ST A 449C差热-热重联用仪,德国,Netzsch公司进行测试,氧气气氛,升温速度为10℃/min,测试的温度范围为 40～800℃.样品的 XRD衍射图如图 1所示.如图 1所示,F2-m、F0和 F2样品的 XRD衍射图与 Boulineau等[7]报道的基本一致,属于单斜晶系 (空间群 P21/n).在 F0和 F2样品的 XRD衍射图中未找到杂质相的衍射峰.而在 F2-m样品的 XRD衍射图的2θ为22.0°、31.4°和50.6°处找到了 Li2SiO3(JCPDS:00-029-0828)杂相的衍射峰 ,在2θ为35.2°、36.8°、67.2°、73.1°和87.3°处,找到 LiFeSi2O6(JCPDS:01-071-1064)杂相的衍射峰.因此,尽管制备样品时使用的起始反应物的种类和化学组成相同,然而,用水解法能够制得纯相的硅酸亚铁锂,而采用直接混合法制备的样品中含有杂相.如图 1所示,水解法制备的样品的XRD衍射峰明显宽化.推测可能的机理是:水解法制备过程中,预先加入的部分LiOH·H2O使溶液呈现弱碱性,Si(OC2H5)4在这种溶液中会缓慢水解.当Si(OC2H5)4完全水解后,再加入的其他反应物与 Si(OC2H5)4的水解产物能够均匀的混合在一起,硅溶胶的网状结构使得材料在合成过程中不发生团聚,从而得到没有杂相的硅酸亚铁锂;而用直接混合法制备时,由于大量的LiOH·H2O被一起加入反应混合物中,获得的混合液的碱性过强,造成 Si(OC2H5)4的水解速度过快.水解产物的颗粒粒径过大且不均匀,使产物中含有杂相.根据谢乐公式可估算,F2样品的晶粒尺寸为 41 nm,F2-m样品的晶粒尺寸为 60 nm.在室温及 0.3C倍率电流下充放电时,样品第 1循环的放电曲线如图 2所示.F2样品的放电曲线最长,放电电压位于 2.67 V附近,放电曲线的电压平台平坦,有利于实际电池体系的使用.与F0和 F2-m样品的放电曲线相比,掺氟升高了低电压区的放电电压.图3 样品的放电容量与循环数的关系曲线图.F2-m、F0和 F2样品第 1循环的放电容量分别为62.0、64和73.4mAh·g-1,第 30循环的放电容量分别为 54.3、56.9和74.0 mAh·g-1.第 30循环的容量分别为第 1循环放电容量的 86.9%、88.9%、100.8%.可见,水解法制备的 F2样品的电化学性能最好.在55℃下以 0.3C倍率电流充放电时,F2样品的充放曲线,如图 4所示,F2样品第 1循环的放电电压位于 2.75V,充放电的电压差为 0.35 V,而在第 2循环以后,F2样品的放电电压位于 2.7 V,充放电的电压差为 0.10V.可能是样品在第 1循环发生了相转变,存在一个结构的有序化过程,转变成更稳定的结构[2].第 1循环的充、放电容量分别为 134.3、116.8 mAh·g-1.与室温下放电曲线相比,在55℃下充放电时,F2样品的放电电压高、放电容量更大.在温度55℃下,分别以 0.3C、1C、2C倍率电流各连续充放电 30循环时,F2样品的放电容量与循环数的关系曲线,如图 5所示,当分别以0.3 C、1C和 2C倍率电流进行充放电时,第 1循环的放电容量分别为 116.8、106.5、99.2 mAh·g-1,F2样品的放电性能和循环性能都比未掺杂样品明显改善,以高倍率电流进行充放电时,F2样品的循环稳定性更好些.样品的交流阻抗谱图如图 6所示.交流阻抗谱图由高频区的小半圆弧和低频区与实轴成45°的直线构成.高频区的半圆归属于 Li+在电解液/电极界面通过 SEI层时电荷迁移阻抗[8];低频区的斜线说明了锂离子在电极材料内部的扩散行为[9].由此可知,硅酸亚铁锂的充放电过程受电荷迁移和Li+扩散的共同控制.F2样品的电荷迁移阻抗 Rct值最小,只有 70～80Ω.电荷迁移阻抗的减小有利于克服充放电过程中的动力学阻抗,使 F2的活性颗粒中脱嵌锂深度得到提高,从而提高了材料的充放电比容量.F2有效地抑制了材料电化学反应阻抗的增加.样品的红外谱图,如图 7所示.F2-m、F2和F0样品的红外谱图基本一致.区别主要位于469～532 cm-1区间的透射峰的峰位不同,F2-m在 532、490 cm-1处透射峰的峰位较 F2和 F0样品的相应峰的峰位高,Zaghib[10]等采用固相法合成了Li2FeSiO4正极材料,他们认为位于 508、525、575 cm-1区间的吸收峰为 O—Si—O的弯曲振动吸收峰,而位于 415与 440 cm-1区间的吸收峰是LiO4四面体的伸缩振动吸收峰造成的.观察表明,F2-m样品的透射峰的宽度明显宽于 F0和 F2样品的,表明在 F2-m样品中含有杂相.进一步证实了 XRD测试结果.样品的热重曲线如图 8所示.在 25～556℃温度区间,随着温度升高,F2样品的热重曲线逐渐升高,而在 556～800℃区间,随着加热温度的升高,F2样品的热重曲线逐渐降低.与之对比,在25～439℃区间,随着温度的升高,F0样品的热重曲线逐渐升高,而在 439～800℃区间,随着加热温度的升高,F0样品的热重曲线逐渐降低.在氧气气氛中,随着加热温度的升高,样品的热重曲线应为硅酸亚铁锂中亚铁氧化造成的增重和样品组分挥发造成的减重的综合的结果.因此,掺氟样F2的热稳定性在高温下得到明显的改善,推测掺氟增强了样品的价键结构.采用水解法,通过 400、600℃两步烧结制备了纯相Li2.05FeSiO4F0.02/C样品.样品属于单斜结构(空间群 P21/n).该样品制备的扣式电池,在55℃下,分别以 0.3C、1C和 2C倍率电流连续充放电 30循环时,第 1循环的放电容量分别为 116.8、106.5、99.2mAh·g-1,电化学性能得到明显的改善.＊通信作者:童庆松,E-mail:********************.cn.【相关文献】[1] PadhiA.K.,Nanjunda swamy K.S.,Goodenough J.B.Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithiumbatteries[J].J.Electrochem.Soc.,1997,144(4):1188-1194.[2] Nyte′n A.,Abouimrane A.,Armand M.Electrochemical perfo rmance of Li2FeSiO4as a new Li-battery cathode material[J]mun.,2005,7:156-160.[3] Zhang 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前言随着经济社会的飞速发展，人类对能源的需求日益增长，煤、石油、天然气三大化石燃料是人们使用的主要能源，然而，这些以化石燃料为主要燃料的能源结构存在以下两个方面的问题：一、化石燃料储量有限。
据预测，全球的化石燃料按目前的耗能速度用不到两百年。
二、使用化石燃料所引起的环境问题。
化石燃料在使用过程中放出大量的二氧化碳引起全球变暖，且燃烧化石燃料时还生成SO2、CO、NOx以及各种有害有机物和微尘等严重污染环境。
迫于石化资源匮乏和环境污染的压力，近年来以太阳能、风能、氢能为代表的新能源技术成为各国研究热点，受到人们的重视和青睐。
但由于这些新能源技术的可移动性较差，二次电池作为能量储存和转化的重要装置在今后的能源结构中具有不可替代的作用[1]。
由于对现有材料和电池设计技术的改进以及新材料的出现，锂离子电池的应用范围不断被拓展。
民用已从信息产业(移动电话、PDA、笔记本电脑等)扩展到能源交通(电动汽车、电网调峰，太阳能、风能电站蓄电)，军用则涵盖了海(潜艇、水下机器人)、陆(陆军士兵系统、机器战士)、天(无人飞机)、空(卫星、飞船)诸兵种，锂离子电池技术已不是一项单纯的产业技术，它攸关信息产业的发展，更是新能源产业发展的基础技术之一。
我国与锂离子电池有关的主要资源丰富，如我国石墨储量居世界第一位；我国是亚洲唯一盛产锂矿的国家，探明LiCl储量为1647.36万吨，因此我国发展锂离子动力电池具有明显的资源优势。
作为能源储存与转化的重要方式之一的化学电源(电池)，是一种通过化学反应将化学能转变为电能的装置，在工业、军事以及人类的日常生活中已经得到了广泛的应用，是缓解当今能源危机以及减少环境污染的重要工具。
然而，随着社会的发展、科学技术的进步，对化学电源的性能提出了更高的要求。
如随着电脑、移动电话、摄像机及无绳工具等日益向小型化、轻型化发展，迫使电池朝价廉、高效、质轻、环境友好等方向发展。
另外，为了减少对石油的依赖程度，控制环境污染和温室效应，电动汽车、电动自行车、电动摩托车等环境友好型交通工具被认为是能从根本上解决燃油车辆带来的环境污染和能源危机问题的最佳办法。
但受车载动力电池的限制，这些新型交通工具均存在续驶里程不够长、售价较贵及不够安全等问题。
电动车的发展与普及迫切要求车用动力电池具备高能量密度、高安全性、长寿命和低成本等特点。
随着社会不断进步，各种便携式电子产品日益普及，各种可移动的电话，笔记本，平板电脑以及其它的通信娱乐设备（MP3，数码相机等）作为信息时代的产物而出现在社会生活的各个领域。
而作为这些时代产物的一个重要组成部分的可充电电池，越来越受到人们的重视，也起着越来越关键的作用。
目前，市场上占主导地位的电池体系是锂离子电池、燃料电池、镍-氢电池，他们逐渐取代了传统的镍-镉电池体系。
锂离子电池的上述特点能够较好地满足移动通信及笔记本电脑迅猛发展对电源小型化、轻量化、长循环寿命的要求。
因此，随着锂离子电池生产量的不断增加、成本的不断降低及性能的不断提高，它在诸如笔记本电脑及手机中的应用比例将不断增长，应用领域也将不断扩大。
近年来随着环保呼声的日益高涨和能源危机的日趋严峻，世界各国正在积极开发电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量锂离子二次电池，从而将锂离子电池推向成本更低、性能更优的方向发展。
锂离子二次电池是以锂电池的发展为基础的[2]。
1990年日本SONY公司率先研制成功了以非石墨化碳为负极材料，LiCoO2为正极材料的锂离子电池并于1992年实现了商品化。
自此，锂离子电池便以超过100％的年增长率迅猛发展，截至到2002年，锂离子蓄电池的总产量为8.62亿只，销售额为28.18亿美元。
2005年锂离子蓄电池需求约为12亿只，而2010年则可达到13.5亿只左右。
人们正在试图开发更高容量的锂离子电池正极材料，如LiNi1-xCoxO2，其库仑容量达180 mA•h/g。
与其它二次电池相比，锂离子电池具有以下特点：1.高能量密度：锂离子电池比能量已达到150 Wh·kg-1，是Ni/MH电池的1.5倍，Cd/Ni 电池的3倍；锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40.50%,镍氢的20.30%。
2.高电压：不同正极材料锂离子电池单体的工作电压为3.2-4.5 V之间，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。
3.无污染：锂离子电池不含诸如镉、铅、贡之类的有害金属物质4.不含金属锂:锂离子电池不含金属状态的锂，因而其安全性得到一定的保证。
5.循环寿命高:在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。
6.无记忆效应:记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池容量减小的现象。
锂离子电池不存在这种改变。
7.快速充电:锂离子电池在一至两个小时内即可充满近年来，广泛研究的锂离子电池正极材料主要是锂的过渡金属氧化物，包括六方层状结构的LiCoO2、LiNiO2，尖晶石型的LiMn2O4以及橄榄石型的LiFePO4等。
目前大量生产的小型锂离子电池主要采用钴酸锂(LiCoO2)作正极材料，其能量密度较高而且性能稳定，但钴属于稀有资源，钴酸锂价格昂贵，而且过充时安全性不好，容易引发着火爆炸事故，因而制约了锂离子电池尤其是动力型锂离子电池的发展。
LiNiO2具有比容量高、资源丰富的优点，但是其制备条件苛刻、热稳定性差，难以工业化。
尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)具有较好的安全性，而且价格低廉。
缺点是高温循环寿命差，比能量低。
近年来经过改性研究，延长了其高温循环寿命，但是长期循环时容量衰减率还是很大，且比容量较低的问题未能得到解决，阻碍了其在大容量电池中的应用。
磷酸铁锂(LiFePO4)是锂离子电池研究的热点，但理论比容量较低(约170 mAtt／g)，且离子和电子导电率及振实密度偏低。
与LiFePO4相比，聚阴离子型硅酸盐类正极材料硅酸亚铁锂(Li2FeSiO4)在理论上1个分子可嵌脱2个“离子，理论比容量达320 mAh／g 。
且Si与P元素在周期表中的位置相邻，Li2FeSiO4具有与LiFePO4相似的化学结构和化学稳定性能，同属于正交晶系。
正硅酸盐具有很强的Si．0结合力，Li．Fe-Si．O具有较强的晶格稳定性效应，拥有较好的循环性能和高温安全性。
Si 比P具有更低的电负性，Fe2+／Fe3+电位降低。
1文献综述1.1 锂离子电池概述1.1.1 工作原理及特性工作原理：充电时,锂离子从正极脱出，经过电解液后，嵌入负极，负极处于富锂状态，正极处于贫锂状态；为保证电荷平衡，电子经由外电路由正极到负极。
放电过程则与之相反。
在正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构。
由于锂离子始终在正负极间进行嵌入脱出循环，被形象地成为摇椅式电池(Rocking Chair Batteries)，因此，从充放电的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应[3]。
图1-1锂离子电池工作原理[4]Fig.1-1 Operating principle of lithium ion battery特性：(1)工作电压高。
通常的单体锂离子电池的输出电压为3.6 V，为镍镉电池和镍氢电池的3倍。
(2)能量密度高。
通常锂离子电池的比能量为镍镉电池的2倍以上。
锂离子电池比同容量的镍氢电池体积小30％，重量低50％，有利于电池的小型轻量化。
(3)循环寿命长。
锂离子电池可以连续充放电1200次以上，容量衰减小。
(4)自放电率低。
每月自放电在10％以下，不到镍镉电池和镍氢电池的一半。
(5)工作温度范围宽。
工作温度约为25-45℃，在高温和低温下放电性能远好于其它电池。
(6)无记忆效应，环保无污染。
不像镍镉电池和镍氢电池那样具有记忆效应，循环性能更好。
不含汞，镉等有毒重金属，是一种绿色电池。
锂离子电池目前还存在以下一些不足：(1)成本高。
目前主要正极材料LiCoO2的价格高，随着正极技术的不断发展，可以大大降低锂离子电池的成本。
(2)必须有特殊的保护电路，防止过充电，否则会造成过量的锂离子迁出。
(3)与普通电池的相容性差，因为一般要在用3节普通电池(3.6 V)的情况下才能用锂离子电池代替。
1.1.2 组成部分锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池，通常由能嵌入与脱嵌锂离子的正负极、隔膜和电解质等部分构成[5]。
正负电极由两种不同的具有锂离子嵌入和脱出能力的化合物组成。
充电时锂离子从正极脱出，通过电解液传输嵌入负极，这时负极处于富锂状态，正极处于贫锂状态。
放电时则相反，锂离子从负极转移到正极，使正极处于富锂态，负极处于贫锂状态。
1.1.2.1 电解液锂离子电池电解液锂离子电池电解液主要起到在正负极材料之间输送锂离子的作用，其与电极的相容性直接影响电池的性能。
电解质必须具备以下性能[4]：(1)较高的导电性；(2)分解电压高；(3)具有较宽的稳定温度范围；(4)不与电极活性物质发生化学反应；(5)安全性无污染等。
锂离子电池电解质主要包括以下三种：分别是液态有机电解液、全固态聚合物电解质、凝胶态聚合物电解质。
1.1.2.2 隔膜隔膜的主要作用是隔开阴阳极，防止它们直接接触而造成电池内部短路。
它必须是电子的绝缘体，但允许离子通过。
锂离子电池对隔膜的要求是化学、电化学稳定和较好的离子导电率。
常用的隔膜是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)多孔薄膜；以及同时含有两种材料以上的多孔薄膜。
1.1.2.3 负极材料一般来说，锂离子电池负极材料应满足以下要求：(1)插锂时氧化还原电位尽可能低，使电池输出电压高；(2)对锂离子有较高的嵌入量，以保证电池有较高的容量；(3)锂离子嵌入脱出时结构稳定，可逆性好，有较好的循环性能；(4)有良好的电子电导率和离子电导率，能够减少极化；(5)价格低廉，安全无污染。
早期的锂电池采用金属锂作负极，但电解液与锂反应会在金属锂表面导致晶枝生长，易引起电池短路而造成安全问题。
现在已开发出了锂在碳材料中的嵌入反应的电位与锂接近、且不容易与有机溶剂反应、有很好的循环性能的碳材料。
1.1.2.4 正极材料由于锂离子电池正极材料的容量远低于负极材料，所以锂离子电池的容量是由正极材料的容量决定的。
因此，开发高性能、低价格的正极材料一直是锂离子电池研发的重点。
锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料不仅作为电极材料参与电化学反应，而且可作为锂离子源。
因此锂离子电池正极活性物质必须满足以下标准[7,8]：(1)材料中含有一个容易发生氧化还原反应的离子(如过渡金属)；(2)电极电位高；(3)充放电反应的可逆性好；(4)在电解液中的化学稳定性好，溶解度低(自放电率小)；(5)材料具有高度电子导电率；(6)资源丰富、价格低廉；(7)材料稳定，过充或者过放电时不会改变结构，自放电率小。