纳米磷酸铁锂电极材料的合成与表征开题报告

1. 研究目的与意义

材料、能源和信息是人类赖以生存的和发展的三大支柱产业，能源与人类生活联系最为密切，能源按其属性分为一次能源和二次能源。我们日常生活中使用较多的是化石能源，包括石油、天然气、煤炭。但是由于人类的过度开发和利用，化石能源面临着严重短缺的问题，石油储量不足世界的2%，仅够再用40余年，即使占我国目前能源构成70%的煤，也只仅够用100余年。我国的能源形式十分严峻，能源安全将面临严重挑战。矿物燃料燃烧时，要放出SO2、CO、CO2、NO等对环境有害物质，随着能源消耗量的增长，有害物质释放量增加，对生态环境造成严重破坏，危机人类的生存。所以发张新能源和新材料势在必行。 作为21世纪最理想环保的能源电能越来越引起了人们关注，可循环利用的环保电池走进了越来越多的人视野，锂离子电池以其独有的安全性能、可循环性、环保、性价比，成为研究的热门之一。锂电池主要用于小型便携式设备,如移动电话、照相机、摄像机、便携式计算机等的电源,且在航空、航天、航海、医疗设备、人造卫星等领域逐步代替传统电池。据统计,当前移动电话电池中,锂离子电池占70%以上,而中国是全世界移动电话使用规模最大的国家,且呈增长趋势。 在全球能源与环境问题越来越严峻的情况下，锂离子电池逐步走向电动汽车领域，也将成为未来电动汽车、无绳电动工具等所用的轻型高能动力电池主要的动力来源之一。

2. 国内外研究现状分析

自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合：LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后， 1997年美国德克萨斯州立大学John. B. Good enough等研究群，也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国和日本都表橄榄石结构的LiMPO4, 使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。LiFeP04被发现的开始阶段,其低电导率和低锂离子迁移率极大的限制了其电化学性能的发挥。后来的研究中,特别是随着碳包覆和金属离子掺杂的引入,LiFePO4越来越受到锂电池研究人员的重视,并以高性能、低成本、高安全性、对环境友好等优势,逐渐成为了一种最受期待的锂离子电池正极材料。锂电池正极材料全球有几百亿元市场容量，目前进入磷酸铁锂电极材料的国外公司主要是 3 家，即美 国 A123 公 司、美 国 Valence 公 司、加 拿 大Phostech Lithium公司，产能约为 4 000 t / a。国内目前能够批量生产磷酸铁锂的厂家主要有天津斯特兰、北大先行等公司市场份额极小，年产量均在200 t/a 以下。磷酸铁锂电极材料作为一种新材料规模化产业化还只是刚起步，研究、生产与应用还有待完善，市场成熟还有一个过程，但前景是光明的。 新一代锂电池正极材料，磷酸铁锂电极很多优点，安全性能好、循环性高、价格低廉、环保性能出众，被视为最具开发和应用潜力的锂离子电池正极材料。但是纯LiFePO4因为电子电导率极低而造成可逆容量低，大电流放电性能差，所以我们采取减小材料的颗粒尺寸，添加金属离子、导电剂等措施来改善磷酸铁锂的性能。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：阅读相关资料，磷酸铁锂合成及性能研究进行综述。 对磷酸铁锂的方法进行归纳总结，初步拟定出适合本课题的提取方案，再进行实际操作，摸索并修改工艺条件。实验数据及结果要达到老师规定的要求，保证数据的完整性及准确性。仔细阅读化学实验等各类实验指导书，严格按照操作规程进行实验操作，不违反操作规程进行实验。称量、计量及计算要准确。实验记录要规范、正确，绝对不允许修改实验记录，保管好实验样品。绝对保证实验的安全，杜绝事故的发生。研究计划：参杂阳离子磷酸铁锂的合成1.使用电子天平分别去2.1g FeSO4.7H2O和0.98g H3PO4，然后分别加入50ML去离子水进行充分溶解，然后加入三口烧瓶中，称为溶液A.2.拿另一个玻璃仪器称取0.42g LiOH.H2O，加入50ml去离子水，充分溶解称为溶液B3.在加热搅拌下，用胶头滴管缓慢向溶液A中滴加溶液B，全部加入A中后，然后用氨水调节PH值，得到灰色沉淀，继续搅拌加热1h，过后得到前驱体。4.前驱体在80℃条件下干燥8h，称取一定量的乙酸铜，加热搅拌一段时间后，得到LiNixFe1-XPO4。

4. 研究创新点

磷酸铁锂正极材料，特点是价廉、无毒、热稳定性能好，具有高电压、高能量密度、低自放电率、长寿命、无记忆效应、电流充放电大等特点。对环境不会造成污染，是目前理想的混合动力与电动汽车高能量锂电池、超大容量电源、风能和太阳能储能设备的正极材料未来发展方向，成为目前研发的热点。