4.2 电解池之 锂离子电池的探索之旅 课件 -【知识精研】高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

POWERPOINT项目式学习—锂离子电池的探索之旅2024年吉林高考2024年福建高考2024年湖南高考2024年海南高考2024年贵州高考2023年湖北高考2024年海南高考2024年吉林高考2023年新疆高考2023年湖北高考2024年重庆高考2024年湖南高考2021年浙江高考2019年全国高考真题2019年全国III卷2022年天津高考2022年山东高考2024年贵州高考2022年浙江高考2022年福建高考2020年全国I卷真题2024年福建高考锂离子电池2021年北京高考考向分布电极制备电池工作原理电极回收利用锂离子电池负极石墨正极磷酸亚铁锂探究点一

正极材料(LiFePO4)的制备——加入顺序

共沉淀(NH4)2Fe(SO4)2LiOH溶液H3PO4溶液高温成型

锂离子电池电极的制备环节一加入顺序：A先加入硫酸亚铁铵与磷酸溶液，再滴加氢氧化锂溶液B先加入硫酸亚铁铵与氢氧化锂溶液，再滴加磷酸溶液（从化合价角度考虑）探究点一

正极材料(LiFePO4)的制备——加入顺序

锂离子电池电极的制备物质性质实验目的与要求实验安全与现象观察防止氧化还原干扰避免水解分离与提纯制备特定物质防止危险发生利于观察现象

锂离子电池电极的制备环节一（配制氯化铁溶液）（防止引入新的杂质）（氢氧化铁胶体的制备）（浓硫酸的稀释）（银氨溶液的制备）分步反应与过量问题（AlCl3与强碱）探究点二

正极材料(LiFePO4)的制备——核心反应

共沉淀(NH4)2Fe(SO4)2LiOH溶液H3PO4溶液高温成型

写出共沉淀的化学方程式（除此之外，还生成一种酸式盐）(NH4)2Fe(SO4)2+H3PO4+LiOH=LiFePO4↓+2NH4HSO4+H2O+2+21]ParkKS，SonJT,ChungHT,etal.,

SynthesisofLiFePO4byco-precipitationandmicrowaveheating,Electrochem.Commun.,2003,5(10):839~842[2]ArnoldG,GarcheJ,HemmerR,etal.,

Fine-particlelithiumironphosphateLiFePO4synthesizedbyanewlow-costaqueousprecipitationtechnique,J.PowerSources,2003,119-121:247~251

锂离子电池电极的制备环节一1.找到目标产物2.2.2.瞪眼观察法探究点三

正极材料(LiFePO4)的制备——条件控制共沉淀(NH4)2Fe(SO4)2LiOH溶液H3PO4溶液洗涤干燥高温成型+2氮气氛围

（二）高温成型焙烧时，会加入少量活性炭黑,除增强导电性以外还有：

锂离子电池电极的制备环节一防止亚铁离子被氧化

（一）洗涤干燥需要注意什么？

电极制备电池工作原理电极回收利用锂离子电池

锂离子电池的工作原理——从原理层面

环节二探究点四

锂离子电池充放电的工作原理LixCy/CyLi(1-x)FePO4/LiFePO4附着在铝箔上原电池/电解池原电池/电解池负极/阴极正极/阳极放电过程电极反应式书写？高温成型锂离子的嵌入过程锂离子的脱嵌过程磷酸铁锂电池原理为：Li1－xFePO4＋LixCy

LiFePO4＋Cy

放电充电负极：LixCy-xe－=xLi++Cy正极：Li1－xFePO4+xe－+xLi+=LiFePO4放电充电阴极：xLi++Cy+xe－=LixCy

阳极：

LiFePO4-xe－=Li1－xFePO4+xLi+

探究点四

锂离子电池充放电的工作原理——电极反应式/总反应式

锂离子电池的工作原理——从原理层面

环节二环节一

锂离子电池的工作原理—从结构层面环节二高温成型甲、乙的化学式分别为:

探究点五

结构分析——负极嵌入与脱嵌Li+LiC12

？？放电60°

LiC6、

分析放电过程中，石墨层间距如何变化？类别层间距离（pm）LiC12344-350LiC6360-370变小！均摊法环节一

锂离子电池的工作原理—从结构层面环节二高温成型甲、乙的化学式分别为:

资料卡片：锂离子电池不能过充过放LiC12

放电过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来60°

LiC6、

分析放电过程中，石墨层间距如何变化？变小！探究点五

结构分析——负极嵌入与脱嵌Li+PO4四面体FeO6八面体分析x值为

，b中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=

444

13：3

锂离子电池的工作原理—从结构层面环节二？？？？放电放电嵌入率：70%-85%正极是什么元素化合价在发生变化呢？探究点五

结构分析——正极嵌入与脱嵌Li+电极制备电池工作原理电极回收利用锂离子电池环节一

锂离子电池电极的回收环节三1、分析废旧电池正极材料可能含有什么杂质？2、思考一下，该如何回收利用呢？（尽可能将所有的元素回收）C、铝箔分离+再利用铝箔、C已知磷酸亚铁锂难溶于水与碱溶液，能溶于酸碱酸同时含有Li、Fe、P再次制得磷酸亚铁锂探究点六

锂离子电池正极的杂质分析高温成型废旧电池正极碱浸酸浸NaOH溶液H2SO4、H2O2滤液2滤液1滤渣放电处理拆解分离铝分离炭探究点七

锂离子电池正极材料的分离分析放电处理的目的有利于锂在正极回收(锂离子从负极中脱出,进入正极材料)石墨

锂离子电池正极的回收环节三高温成型加氨水调pH滤液3FePO4●2H2O滤液2饱和Na2CO3溶液探究点八

加氨水调pH至多少?资料卡片pH对沉淀中Fe和P的物质的量之比的影响Li+、Na+、SO42-、NH4+过低，电离平衡逆向移动，PO43-转化生成磷酸或者酸式盐，生成铁的磷酸酸式盐；过高，生成Fe(OH)3沉淀

过高/过低有什么影响?2.1

锂离子电池正极的回收环节三高温成型滤液3FePO4●2H2OLi2CO3饱和Na2CO3溶液一系列操作探究点九

一系列操作包括？

资料卡片加热溶液至接近100℃，趁热过滤，洗涤，干燥。热水

锂离子电池正极的回收环节三高温成型滤液3FePO4●2H2OLi2CO3炭热高温还原LiFePO4/C饱和Na2CO3溶液一系列操作探究点十

炭热高温还原的化学方程式

FePO42FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑

锂离子电池正极的回收环节三反应主体部分确定两剂两产物配平氧化还原部分环境补充部分结合酸碱性高温成型JingQ,ZhangJ,LiuY,etal.E-pHDiagramsfortheLi-Fe-P-H,0systemfrom298to473K:ThermodynamicanalysisandapplicationtothewetchemicalprocessesoftheLiFePO,cathodematerial(J.JouralofPhysicalChemistryC,Nanomaterialsandinterfaces,2019,(23):123.ZhangX,XieW,ZhouX,etal.StudyonmetalrecoveryprocessandkineticsofoxidativeleachingfromspentLiFePO,Li-batteries[JJ.ChineseJournalofChemicalEngineering,2024,68:94-102.

锂离子电池正极的回收环节三高温成型

锂离子电池正极的回收环节三原料预处理区

物质转化与分离区产品生成与提纯区试剂线

去除杂质或转化产品，关注加入试剂的种类与作用操作线

分离杂质和产品需提纯，积累常见操作的目的与作用杂质线

除去杂质，关注杂质去除方式、顺序及条件等产品线

关注核心元素及其化合价变化横向三区纵向四线电极制备电池工作原理电极回收利用锂离子电池

锂离子电池的发展环节四高温成型锂硫电池锂固态电池钠离子电池