自從上世紀(jì)60年代爆發(fā)全球石油危機(jī)以來,人們開始積極地尋找新能源來緩解傳統(tǒng)化石能源枯竭帶來的巨大壓力。鋰電池由于其顯著的優(yōu)點(diǎn),如能量密度高、電壓高、工作溫度范圍寬、壽命長等,受到越來越多科研工作者的關(guān)注與重視。在過去的十幾年中,鋰電池已經(jīng)在一次和二次電池市場中占據(jù)了主導(dǎo)地位,被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備,特別是移動電話、筆記本電腦以及數(shù)碼相機(jī)等。此外,鋰電池還是電動汽車最有吸引力的高能動力來源之一。

鋰電池將在21世紀(jì)的能源領(lǐng)域扮演更加重要的角色。在鋰電池的開發(fā)與研究中,鋰電池的電極材料,特別是正極材料,成為研究中最重要的組成部分之一,因?yàn)殇囯姵氐奶匦詮谋举|(zhì)上來說是由電池采用的電極材料決定的。

高性能的鋰電池正極材料應(yīng)當(dāng)滿足以下要求

(1)很高的理論能量密度;

(2)良好的電解液相容性;

(3)廉價(jià),適用于大規(guī)模生產(chǎn);

(4)無毒,對環(huán)境友好;

(5)優(yōu)良的物理性質(zhì),如不易燃燒。

現(xiàn)在市場上普遍使用的鋰電池正極材料(如LiCoO2)的工作電壓平臺主要在3—4V,無法應(yīng)用于為傳統(tǒng)的115V電池(如ZnPHgO、ZnPAg2O、ZnPMnO2)操作設(shè)計(jì)的設(shè)備上。

因此,科研工作者不斷尋找和開發(fā)工作電壓為115V的正極材料,包括CuO、FeS、FeS2、Pb3O4、Bi2O3和Bi2Pb2O5。其中,FeS2作為鋰電池的正極材料,展現(xiàn)出許多顯著的特性,如很高的理論一次放電比容量(超過890mAhPg)、對環(huán)境友好(FeS2中的Fe元素和S元素均無毒性)以及價(jià)格低廉(天然FeS2礦石非常豐富)。此外,LiPFeS2電池的工作電壓平臺為115V,能夠方便地替代傳統(tǒng)電池,廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中。