1.1.1 锂离子电池的工作原理

锂离子电池是指采用两个可逆式嵌入与脱去Li+的化合物作为电池的正负极材料而构成的二次电池。人们将这种依靠Li+在正负极之间的扩散而进行的电池充放电工作的锂离子电池形象地被称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。

以层状碳材料为电池负极，以含锂离子的化合物作电池正极的锂离子电池，在充放电过程中，不存在单质金属锂，只有Li+，这就是锂离子二次电池。当电池充电时，在电池正极上有Li+脱去，脱去的Li+通过电解液扩散到电池负极。而负极的碳层结构，它有很多可容纳Li+微孔，于是扩散到负极的Li+便会嵌入到微孔中，嵌入的Li+越多，充电容量越高。同样的，当进行放电实验时（即我们让电池耗电的过程），嵌在电池负极碳层微孔中的Li+脱去，又经过电解液扩散回正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。在锂离子电池的充放电过程中，Li+处于从正极到负极再回到正极的运动状态。 

一般锂离子二次电池的充电电流大致在0.2C至1C之间，充电电流越大，充电速度越快，同时电池温度升高的程度也就越大。而且，过大的电流充电时，容量不能完全充满，因为锂离子电池内部的电化学反应也需要一定的时间。就类似于倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满[6]。

锂离子电池正负极反应化学方程式为：

正极反应： LiMO_2→Li_(1-x) MO_2+xLi^++xe^-                                    （1.1）

负极反应： nC+xLi^++xe^-→Li_x C_n                                                                （1.2）

电池总反应方程式： LiMO_2+nC→Li_(1-x) MO_2+Li_x C_n                                         （1.3）

锂离子电池常用的正极材料有：LiCoO2、LiMn2O4、Li3V2(PO4)3、LiFePO4等，常用的负极材料有：LixC6、Li4Ti5O12等。

锂电池工作原理[1]

1.1.2 锂离子电池正极材料

发展高性能能锂离子电池的关键任务之一是高放电容量正极材料的开发与制备，尽管在理论上来说可以脱嵌锂离子的物质很多，但是能够制备成满足锂离子电池正极材料要求的物质却非易事。锂离子二次电池正极材料在使用性质上通常应满足这样几个要求：(1)高的工作电压。这就要求材料应具有较低的费米能级和锂离子的位能；(2)高容量。单位质量的正极材料越多能脱嵌的锂离子才会越多；(3)结构稳定。Li+在脱嵌过程中，正极材料的结构与体积变化率要尽可能小；(4)导电性能好，电池的电导率要尽可能高，Li+在材料中的化学扩散阻抗要尽可能小；(5)热稳定及化学稳定性能好，与电解液具有良好的兼容性与热稳定性；(6)合成方式尽可能简单，成本低廉，对环境污染较小。

锂离子电池正极材料种类繁多。其结构大多为层状LiMO2和尖晶石LiM2O4（M=Co, Ni, Mn,  等过渡金属离子）以及例如LiFexMn1-xPO4等锂的过度金属氧化物，其工作电压约为4V（相对锂电极）。

其中锂锰氧化物的理论比容量大，放电范围广，但放电时会发生晶型转变。而锂铁氧化物中有稳定的Fe3+/Fe2+的反键态，使得Fe具有较强的离子性，但不适宜大电流充放电。

所以为了综合两种材料的优点，我试图建立一种能够综合其二者的优势而稳定存在的正极材料，即LiMnl-xFexPO4[2,7,8]。