LiFeBO3/C正极材料的合成及电化学性能(2)

菜单

2.1 实验原料 10

2.2 实验仪器 10

2.3 样品制备 11

2.3.1 LiFeBO3/C正极材料的制备 11

2.3.2 电极片的制备 12

2.3.3 电池的组装 13

2.4 物理性能表征 14

2.4.1 粒度分析 14

2.4.2 XRD衍射分析 14

2.4.3 充放电性能测试 14

2.4.4 EIS测试 14

3. 结果与讨论 15

3.1 碳包覆对LiFeBO3性能的影响 15

3.2 煅烧温度对LiFeBO3/C性能的影响 16

3.3 保温时间对LiFeBO3/C性能的影响 18

3.4 形貌分析 19

3.5 循环图与倍率图 20

3.6 锂离子扩散系数分析与计算 21

4. 结论 24

致谢 25

参考文献 26

1. 绪论

1.1 锂离子电池发展现状

化学电源[1]是通过锂离子嵌入和脱嵌实现其在电能与化学能之间相互转化的装置。纵观电池的漫漫发展史，可以看出电池未来的发展趋向于三点：一是电池变得越来越绿色和环保；二是一次电池已经逐渐转化为蓄电池，这对于我们未来的可持续发展具有深远的战略意义；三是电池变得越来越轻薄且便于携带。我们所用到的商用可充电池中，锂离子电池的比能量最高，特别是聚合物锂离子电池。所以不论从节能环保还是经济发展的角度来考虑，二次电池都具有十分明显的的优越性，所以在发达国家中它的发展十分迅速。

锂聚合物电池则相当于锂离子电池升级版。它凭借极高的安全性、更大的容量、更小的体积，逐步被大家接受并广泛使用。但是，锂聚合物电池的成本较高，而且整个产业链的改朝换代需要时间来完成，所以现在仅在高端数码产品中被用到。不过可以预见，在未来的几年中，锂聚合物电池将逐步取代现有的锂离子电池。由此可见，锂离子电池必将开辟蓄电池新时代，发展前景不容小觑。

1.2 锂离子电池的主要结构

和所有化学电池一样，锂离子电池也主要由三个部分组成：正极、负极和电解质。电极材料都是锂离子可以嵌入（插入）/脱嵌（脱插）的。锂离子电池主要结构为[2]：

（1）正极——钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴酸锂等及其混合物

（2）隔膜——一种聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或两者的复合膜，可使离子通过，是电子的绝缘体

（3）负极——人造石墨、改性天然石墨等

（4）有机电解液——EC、PC、DEC、DMC、EMC等溶剂和六氟磷酸锂配成的溶液

（5）电池外壳——钢壳、铝壳、铝塑膜

锂离子电池的工作原理

图1.1 锂离子电池的主要结构

1.3 锂离子电池的工作原理

电池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。因为在充放电过程中，由于在正负极之间存在锂离子的溶度差，产生了定向的化学势，使得Li+能在电极材料间反复进行可逆的来回嵌入和脱出，故又称为“摇椅式电池”。当Li+从正极脱出进入到负极时则伴随着电能转化为化学能的过程，当Li+从负极脱出进入到正极时则伴随着化学能转化为电能的过程[3]。