磷酸铁锂在饱和硝酸锂溶液中的电极过程动力学.pdf

物理化学学报


磷酸铁锂在饱和硝酸锂溶液中的电极过程动力学
黄可龙杨赛刘素琴王海波
中南大学化学化工学院长沙
摘要利用循环伏安法、充放电测试和恒电位间隙滴定技术研究了在饱和溶液中
的电极过程动力学研究结果表明在饱和溶液中具有良好的电化学可逆性其首次放电比容量

达· 首次充放电效率达法估算出氧化峰和还原峰处锂离子在中的扩散系数分

别为× 和× · 采用测定出锂离子在中的扩散系数随电位的变化规律其在充
电平台附近达到最小值× ·
关键词水溶液锂离子电池循环伏安法恒电位间隙滴定技术扩散系数
中图分类号







·

× · × ·
× ·



水溶液锂离子电池是一类新型的二次电池极材料对锂电位和水在不同值条件下的电压稳
它使用水溶液电解液代替有机电解液避免了因有定区间当电位高于水的稳定区间时析氧反应发
机电解液与电极材料反应形成枝晶而造成的燃烧、生当电位低于水的稳定区间时则发生析氢反应
爆炸等安全事故其低电压电池如铅酸电池、碱锰电电极存在过电位实际的析氢、析氧电位会相应偏
池等有很大的竞争潜力低或偏高因此电池能够在更高的电压下工
考虑到水溶液中水的电化学分解选择具有合作具有橄榄石结构结构稳定性好
适锂嵌脱电位的材料作为水溶液锂离子电池的电极在其中能可逆地嵌入脱嵌工作电位适中
材料这是决定水溶液锂离子电池性能的关键图同时具有价格低廉、环境友好、循环寿命长

是锂离子浓度为· 时常见锂离子电池正等优点如图所示处于水的电位稳定


国家教育部博士基金资助项目
!
阶跃幅度为每次阶跃保持时间记录阶
跃过程中电流随时间的变化情况测试仪器为
所有实验均在室温℃下进行
结果与讨论
恒流充放电测试
图给出了以· 电流进行充放
电测试时在饱和溶液中的首次恒
图· 的溶液中一些氧化物的嵌脱锂电位值流充放电曲线从图中可以看出首次放电比容量达
· 首次充放电效率达图为前

次样品的充放电比容量随循环次数的变化从图
·

中可以看出随着循环次数的增加充放电比容量均
逐渐下降第次时测试样品的放电比容量仅为
区间满足作为水溶液锂离子电池正极材料的要求· 容量保持率为造成材料首次比
因此作为水溶液锂离子电池的正极材料具容量远低于理论容量的原因类似于镍镉电池即充
有良好的应用前景电过程中部分电流用于析氧副反应而循环过程中
在锂离子电池中能量的存储和输出是通过锂不可逆容量损失是由于电解液中溶剂分子或离子进
离子在电极材料中的嵌入和脱出来实现的因此锂入电极材料中堵塞了部分锂离子扩散通道使电极材
离子在活性材料中的扩散系数是电极脱嵌反应中的料的利用率下降

重要参数本文研究了在饱和溶液
中的充放电行为利用循环伏安法和恒电位间隙滴
定法研究了锂离子在材料中的扩散系数
探讨了在饱和硝酸锂溶液中的电极过程动
力学
实验部分
工作电极的制备
实验电池的电极按质量比公司
乙炔黑粘合剂∶∶混合混合物
在下以不锈钢网作为电极的集流体压成
× 的电极片在℃下真空干燥
进行电化学测试前将电极片