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图1.1 氧化还原电对Fe3+/Fe2+在不同磷酸化合物中的相对能量水平
1.1.2 研究的意义
随着全球一次性能源日益枯竭,加速发展新能源与可再生能源产业已成为国际共识,同时也是我们面对环境危机、能源危机、培育新经济增长点的必然选择。世界各国都在不断加大对新能源与可再生能源的开发和利用,发展新能源与可再生能源产业己成为世界各国提振经济、提升国家实力以及应对金融危机的重大举措。在我国“十二五”期间,新能源、新材料、新能源汽车等成为战略性新兴产业,作为新能源产业重要组成部分的锂离子电池行业,其前景非常光明。锂离子电池发展的重点在于要开发具有自主知识产权的高比能量和高比功率的动力型、储能型锂离子电池[4]。
目前锂离子电池研究重点主要在隔膜、电解液以及电极材料和相关工艺上。嵌锂化合物正极材料在锂离子电池的组成部分中占据着最重要的位置,同时也对提高电池的性能和降低成本发挥着关键性的作用。Broussely等[5]就曾指出相对于负极材料而言,提髙正极材料的比容量可以更有效地提高锂离子电池的比能量。所以,要提高锂离子电池的性能,就必须研究和幵发出具有高比容量、高振实密度、安全性能好、低成本的正极材料。
新能源汽车成为新能源产业的热点，而新能源汽车里的关键是动力电池。目前，能否突破价廉、安全、环境友好的二次化学电源技术已是制约新能源汽车发展的瓶颈。锂离子电池自20世纪90年代初问世以来，因其高能密度和良好的循环性能已成为迅速成长的二次电池产业链。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，是决定电池的安全性、容量和价格的关键因素。因此，寻找锂离子电池的理想正极活性材料仍是今后相当一段时间化学电源界的研究热点和解决新能源汽车发展的关键。1997年报道的具有橄榄石型结构的LiFePO4能可逆地嵌入和脱嵌锂离子，考虑到其无毒、对环境友好、原材料来源丰富、比容量高、循环性能好，被普遍认为将会成为锂离子电池的理想正极材料，它的发现标志着“锂离子电池一个新时代的到来”，对其深入研究及进一步改善将有望圆近百年电动车的梦想。
1.2 研究的主要内容
1.2.1 锂离子电池的特性
锂离子电池机理不同于Ni/Cd或Ni/MH电池,它是一种浓差电池,即利用锂离子会自发的由高浓度区流向低浓度区而制备的电池。其具体过程如下:充电时,由于外界电场的原
因,会强迫锂离子由正极材料中脱出,进入电解液并最终嵌入到负极材料中;放电时,由于正极的材料中的锂离子浓度比较低,负极材料中锂离子浓度比较高,因此锂离子会自发的从负极材料脱出嵌入到正极材料中,又因为正极的材料锂离子中脱/嵌电位比较高,负极材料中锂离子脱/嵌电位比较低,将会导致有较高的放电电压。