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多金属普鲁士蓝类化合物锂电负极材料的制备与电化学性能研究
随着科技的进步，笔记本电脑，微型计算机，数字照像机，移动电话，医疗器械以及近地轨道的地球卫星和高轨道同步卫星等新型电子仪器设备的发展，对电池产业提出了更高的要求。锂离子电池以其低成本，高能量密度，高电压，轻型化，使用温度宽且循环寿命长，安全性能好等优点而成为全新的绿色电源被人们所关注和研究，具有光明的市场前景，成为发展最快的新型蓄电池。普鲁士蓝及其衍生物具有优良的电化学可逆性，高度稳定性，容易制备等优点，因而在化学修饰电极、电显色、二次电池等方面有很大的应用前景。普鲁士蓝及其类似物由于其结构上的优越性,能在溶液中很快地脱嵌碱金属离子或与其它碱金属离子发生交换,而且其中的过渡金属具有不同价态,可以发生氧化还原反应。因此,普鲁士蓝及其类似物很适合作为二次电池的电极材料来实现二次电池的充快速放电以及大规模储能。因此多金属普鲁士蓝类化合物锂电负极材料的制备与电化学性能研究的课题成为锂电池开发领域一项重要课题。
1、锂电池概述
1.1锂离子电池的工作原理
可充二次锂离子电池实质上是一种锂离子浓差电池，它依靠锂离子穿过电解液、隔
膜和电解液在正负极材料之间嵌入和脱出进而达到充放电的目的，因此也被称为摇椅
式电池(rockingchairbatteries)。电池充电时，锂离子从正极材料中脱出，进入电解液穿过隔膜再经过电解液向负极材料移动，然后嵌入负极材料的层间或晶格中，此时正极处于贫锂状态，负极处于富锂状态；反之，电池放电时，锂离子从负极材料的层间或晶格中脱出，经过电解液、隔膜和电解液再嵌入正极材料的晶格中。同时，为了保持电荷平衡，相同数量的电子在锂离子嵌入和脱出的过程中经过外电路传递，电子的得失使正极和负极发生相应的氧化和还原反应。由于电池在充放电过程中是通过锂离子在正负极之间的来回移动实现的，而且电池中没有锂单质的存在，因此被称作锂离子电池(lithium-ionbatteries)。正常情况下，锂离子在结构稳定的正负极材料之间嵌入和脱出，正负极材料在得失锂离子时，结构变化比较小，因此锂离子电池具有可逆性好，循环寿命长特点。同时，锂离子电池中采用的是含锂的化合物和碳作为电池材料，所以在正常充放电情况下可以避免生成锂枝晶而获得较好的安全性。
1.2锂电池的优点
与其他类型的二次电池(铅酸、镍镉、镍氢电池)相比，锂离子二次电池具有以下几个显著的优点：
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