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充放电前后LiFePO4和FePO4两相图
充电时，Li+ 从FeO6 层间迁移出来，经过电解质进入负极，Fe2+ 被氧化成为Fe3+，放电时则相反。充放电反应在LiFePO4 和FePO4 之间进行，充电时LiFePO4 中的锂离子脱出，形成FePO4，放电时则是锂离子嵌入FePO4 中，形成LiFePO4。
锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。关于锂离子电池的研究开始于20世纪80年代，90年代进入产业化阶段，现在仍是国内外的一个研究热点，并处于高速发展的阶段。锂离子电池主要优点是：电压高、比能量大、安全性能好、循环寿命长、自放电小、可快速充放电等；其主要缺点是易老化，产品回收率低，正实密度小，不耐受过充过放等。锂离子电池由于其各种优点而受到各行各业的青睐，正逐步从手机、笔记本电脑的应用走向电动自行车、电动汽车等。随着技术进步和新能源产业的发展，大容量锂离子电池技术和产业发展非常迅猛已经成为国际上大容量电池的主流。目前，锂离子电池的主要应用于小型个人电动汽车系列、电动轿车系列、混合动力汽车系列、通讯系列、大型电网、各种新能源储能系列等。
1.1.3 锂离子电池组成
本次实验主要研究的是以磷酸铁锂作为正极材料的锂电池，它的组成主要是正极材料-磷酸铁锂，负极材料-石墨烯，隔膜及电解液等，其中正极材料占成本的较多40-46%，其他材料分别占锂电池成本的10-14%、5-11%和5-15%。因为正极材料为电池提供锂离子，所以它对电池的各种性能起着决定性的作用。
1.1.4正极材料-磷酸铁锂正极材料的结构和及其特点
晶格结构的磷酸铁锂是近年发展起来的一种新型锂离子电池正极材料，其结构为橄榄石型，Pmnb型空间群，单位晶格常数分别为：a=6.008Å，b=10.334Å，c=4.693Å，单位晶胞体积为291.43 Å3[6].空间晶格中氧原子以优尔方紧密堆积形式紧密排列，磷氧四面体（PO4）和铁氧八面体（FeO6）相互之间组合成一个规整的晶体结构，铁氧八面体之间通过公共顶点相互连接，整个晶体是由铁氧八面体和磷氧四面体相互连接而成，在这些相互连接的晶体的空隙之中，锂离子就分布在其中。整个LiFePO4晶体就好比一个层状的结构中镶嵌着锂离子，这种共用顶点已及共用棱的结构为锂离子的脱嵌提供了最基本的理论[10-11]。作为锂离子电池正极材料，LiFePO4具有以下优点：
（1） 较高的充放电电压平台和电荷保持能力：LiFePO4正极材料的充电电压平台大约为3.5V，放电电压平台大约为3.4V。
（2） 循环性能好：通过包覆碳或其他金属离子掺杂的条件下合成的LiFePO4正极材料经过2000次不间断循环以后，容量衰减率小于40%，体现了其具有较好的容量保持率.
（3） 稳定性比较好：LiFePO4是一个规整的橄榄石晶型，使得其具有较好的结构，这种结构使其在充放电过程中的脱锂状态下，不会发生结构变形。
（4） 对环境没有破坏：LiFePO4材料是一种环保型材料，构成LiFePO4的各元素不会污染环境。
原料物质来源十分丰富：较Ni、Co、Mn、V等其他一些锂离子电池原料，Fe元素是最容易从地壳中获得的，且生产技术以非常成熟。尽管LiFePO4作为正极材料具非常多的优点，但其也存在着电导率低、振实密度较低以及高倍率性能较差等一系列缺点，这是由于磷酸铁锂的半导体的能带理论。为了改善LiFePO4材料的这些缺点，人们通过不同的制备方法来合成了LiFePO4，并在合成过程中通过不同方式对材料进行大幅度的改性，以提高其电化学性能。所以磷酸铁锂正极材料是锂离子电池中最具潜力，最具有市场的正极材料。
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