氧化锌包覆磷酸铁锂正极材料的研究.doc

氧化锌包覆磷酸铁锂正极材料的研究 一、课题的目的与意义……. 对于科技高速发展的今天，人们对能源体系也提出了更高的要求，要求建立高效、经济、环保、安全的新能源。就我个人观点，汽车是现在主要的交通工具，如果能把汽车的动力改为电池来产生，那就解决了能源问题。然而这种动力电池需要突破廉价、安全、环保且可循环使用等重重难关，现在人类发现锂离子电池有高能密度和良好的循环性能，并且找到具有橄榄石型结构的LiFePO4能可逆地嵌入和脱嵌锂离子，再加上它无毒、对环境友好、原材料来源丰富、比容量高、循环性能好，被普遍认为锂离子电池的理想电极材料。 现如今，锂离子的负极材料碳性能不断的得到改善和提高，而且碳负极的材料来源广，价格低廉，是作为动力电池较为理想的负极材料。相比之下，锂离子电池的正极材料的研究较为滞后，成为锂离子电池整体性能提高的关键因素。虽然理论上可以嵌锂的物质很多，但是要将这样理论的东西制备成能实际应用的材料并不容易，制备过程中微小的变化就可能导致材料结构和性能出现很大的差异，因此，锂离子电池正极材料的合成方法、优化合成工艺及材料改性等问题需要我们去研究实践解决。 二、课题发展现状和前景展望唯一商业化的正极材料 LiCoO2 不够稳定，在过充和过热时会发生分解，可能引起电池爆炸，这在动力电池上表现尤为突出；成本问题。全球钴的储量有限，因而价格很高，限制了 LiCoO2 在动力电池中的应用；环境问题。钴会对环境和人体造成一定损害。因此，寻找更加安全稳定，原料来源广泛且价格低廉 ，更绿色环保的正极材料是发展锂离子动力电池的在小电流下，有着极平坦的放电电压曲线，在允许使用范围内，其电压精度几乎可与稳压电源相媲美当前,锂离子电池由于具有工作电压高、能量密度大、自放电率小、稳定环保等优势, 安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。1C充放循环寿命达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。正极材料做出大容量锂离子电池更易串联使用。以满足电动车频繁充放电的需要。具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，已成为现代数字化电子产品的理想电源。随着其应用领域的不断扩大,锂离子电池的需求量的增长越来越大,同时由于受到动力能源和大型储能电池的紧迫需要,锂离子电池应向更高效、价廉、环保的方向改进和发展。材料无毒、对环境友好、原材料来源丰富,而且价格低廉、比容量高、循环性能和热稳定性极好,将成为替代昂贵钴酸锂的最具潜力新一代锂离子电池正极材料。三、课题主要内容和要求(5.1g/cm3)，LiNiO2(4.8g/cm3)，LiMn2O4(4.2g/cm3)堆积密度低也是 LiFePO4正极材料目前存在的主要缺点之一，却未曾得到人们的重视。目前国内外报导的 都是由无规则的颗粒组成的，粉体材料的堆积密度较低 (振实密度为 1g/cm3左右)， 远低于商业化的LiCoO2(振实密度大于2.2g/cm3)，因而实际能量密度很低 。粉体材料的颗粒形貌 、粒径及其分布直接影响材料的堆积密度它导致材料能量密度较低 ，影响该材料的实用化国内外已商业化的 LiCoO2正极材料都是由无规则片状或粒状颗粒组成，振实密度一般只有2.2g/ cm3左右；采用控制结晶法制备的高密度球形 LiCoO2材料振实密度达到2.8g/ cm3，且具有优良的电化学性能。根据球形 Ni(OH)2和 LiCoO2 的成功先例 ，由规则的球形颗粒组成 LiFePO4料具更高的堆积密度从而有利于提高锂离子电池的能量密度。LiFePO4材料也存在着电子与离子传导率低等明显缺点，理论证明，在磷酸铁锂正极材料中掺杂一定量的金属阳离子可以明显改善该材料的电子与离子传导率。Cr3+、Zn2+与Fe2+离子半径相近，在磷酸铁锂材料中添加少量的铬掺杂氧化锌，不仅可以在充放电循环过程中保持磷酸铁锂晶格的完整性，同时，Cr掺杂的稀磁半导体材料可以显著提高磷酸铁锂的电子传导率，减少磷酸铁锂正极材料在充放电循环过程中的衰减。在反应体系中加入铬离子与表面活性剂，均能够有效地减小磷酸铁锂与氧化锌晶体颗粒的尺寸，缩短锂离子在充放电过程中的扩散路径。四、研究方法、步骤和措施　橄榄石型LiFePO4安全性能好、循环寿命长、成本低廉和环境友好，是新一代最有潜力的锂离子动力电池正极材料之一。但是其电导率低，高倍率容量衰减快的缺陷阻止了其推广应用。因此，要想进一步推动其广泛应用，从减小LiFePO4颗粒尺寸、控制其形貌和包覆导电物质三个方面来提高LiFePO4电化学性能是有效的方法。采用水热法制备了LiFePO4，研究了有机溶剂、表面活性剂等对LiFePO_4颗粒尺寸、形貌和电化学性能的影响，探讨了LiFePO4形貌、粒度以及表面改性的电化学动力学规律。 采用