锂离子电池正极材料Li2FeTiO4的制备及其性能研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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文献综述

1.绪论

1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中容易形成锂结晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。

锂离子电池在充放电时锂离子是在阴阳极之间来回迁移,所以锂离子电池通常又称摇椅电池(Rocking chair battery),又利用具有层状结构的非金属材料如石墨存贮锂以避免枝晶锂的产生,从而大大提高电池使用安全性[1],与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。1982年伊利诺伊理工大学(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。由此可见,锂离子电池相较锂电池而言,更具优势,故而现在锂离子电池已经成为了主流。

纵观电池发展的历史,可以看出当前世界电池工业发展的三个特点,一是绿色环保电池迅猛发展,包括锂离子蓄电池、氢镍电池等;二是一次电池向蓄电池转化,这符合可持续发展战略;三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。在商品化的可充电池中,锂离子电池的比能量最高,特别是聚合物锂离子电池,可以实现可充电池的薄形化。正因为锂离子电池的体积比能量和质量比能量高,可充且无污染,具备当前电池工业发展的三大特点,因此在发达国家中有较快的增长。电信、信息市场的发展,特别是移动电话和笔记本电脑的大量使用,给锂离子电池带来了市场机遇。

2. 锂离子电池的组成、工作原理和优缺点

2.1 锂离子电池的组成

锂离子电池主要由三个部分组成:正极、负极和电解质。

正极材料为含锂的化合物,目前以含钴的正极材料为主,但钴元素具有毒性以及钴元素储量有限,使得此类电池价格居高不下,所以人们正在积极寻找一种能够替代新的正极材料[2-4]。正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。

充电时:

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