POWERPOINT項目式學習—鋰離子電池的探索之旅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年貴州高考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年重慶高考2024年湖南高考2021年浙江高考2019年全國高考真題2019年全國III卷2022年天津高考2022年山東高考2024年貴州高考2022年浙江高考2022年福建高考2020年全國I卷真題2024年福建高考鋰離子電池2021年北京高考考向分布電極制備電池工作原理電極回收利用鋰離子電池負極石墨正極磷酸亞鐵鋰探究點一

正極材料(LiFePO4)的制備——加入順序

共沉淀(NH4)2Fe(SO4)2LiOH溶液H3PO4溶液高溫成型

鋰離子電池電極的制備環(huán)節(jié)一加入順序：A先加入硫酸亞鐵銨與磷酸溶液，再滴加氫氧化鋰溶液B先加入硫酸亞鐵銨與氫氧化鋰溶液，再滴加磷酸溶液（從化合價角度考慮）探究點一

正極材料(LiFePO4)的制備——加入順序

鋰離子電池電極的制備物質性質實驗目的與要求實驗安全與現(xiàn)象觀察防止氧化還原干擾避免水解分離與提純制備特定物質防止危險發(fā)生利于觀察現(xiàn)象

鋰離子電池電極的制備環(huán)節(jié)一（配制氯化鐵溶液）（防止引入新的雜質）（氫氧化鐵膠體的制備）（濃硫酸的稀釋）（銀氨溶液的制備）分步反應與過量問題（AlCl3與強堿）探究點二

正極材料(LiFePO4)的制備——核心反應

共沉淀(NH4)2Fe(SO4)2LiOH溶液H3PO4溶液高溫成型

寫出共沉淀的化學方程式（除此之外，還生成一種酸式鹽）(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

鋰離子電池電極的制備環(huán)節(jié)一1.找到目標產(chǎn)物2.2.2.瞪眼觀察法探究點三

正極材料(LiFePO4)的制備——條件控制共沉淀(NH4)2Fe(SO4)2LiOH溶液H3PO4溶液洗滌干燥高溫成型+2氮氣氛圍

（二）高溫成型焙燒時，會加入少量活性炭黑,除增強導電性以外還有：

鋰離子電池電極的制備環(huán)節(jié)一防止亞鐵離子被氧化

（一）洗滌干燥需要注意什么？

電極制備電池工作原理電極回收利用鋰離子電池

鋰離子電池的工作原理——從原理層面

環(huán)節(jié)二探究點四

鋰離子電池充放電的工作原理LixCy/CyLi(1-x)FePO4/LiFePO4附著在鋁箔上原電池/電解池原電池/電解池負極/陰極正極/陽極放電過程電極反應式書寫？高溫成型鋰離子的嵌入過程鋰離子的脫嵌過程磷酸鐵鋰電池原理為：Li1－xFePO4＋LixCy

LiFePO4＋Cy

放電充電負極：LixCy-xe－=xLi++Cy正極：Li1－xFePO4+xe－+xLi+=LiFePO4放電充電陰極：xLi++Cy+xe－=LixCy

陽極：

LiFePO4-xe－=Li1－xFePO4+xLi+

探究點四

鋰離子電池充放電的工作原理——電極反應式/總反應式

鋰離子電池的工作原理——從原理層面

環(huán)節(jié)二環(huán)節(jié)一

鋰離子電池的工作原理—從結構層面環(huán)節(jié)二高溫成型甲、乙的化學式分別為:

探究點五

結構分析——負極嵌入與脫嵌Li+LiC12

？？放電60°

LiC6、

分析放電過程中，石墨層間距如何變化？類別層間距離（pm）LiC12344-350LiC6360-370變小！均攤法環(huán)節(jié)一

鋰離子電池的工作原理—從結構層面環(huán)節(jié)二高溫成型甲、乙的化學式分別為:

資料卡片：鋰離子電池不能過充過放LiC12

放電過度放電導致負極碳片層結構出現(xiàn)塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來60°

LiC6、

分析放電過程中，石墨層間距如何變化？變小！探究點五

結構分析——負極嵌入與脫嵌Li+PO4四面體FeO6八面體分析x值為

，b中n(Fe2+)∶n(Fe3+)=

444

13：3

鋰離子電池的工作原理—從結構層面環(huán)節(jié)二？？？？放電放電嵌入率：70%-85%正極是什么元素化合價在發(fā)生變化呢？探究點五

結構分析——正極嵌入與脫嵌Li+電極制備電池工作原理電極回收利用鋰離子電池環(huán)節(jié)一

鋰離子電池電極的回收環(huán)節(jié)三1、分析廢舊電池正極材料可能含有什么雜質？2、思考一下，該如何回收利用呢？（盡可能將所有的元素回收）C、鋁箔分離+再利用鋁箔、C已知磷酸亞鐵鋰難溶于水與堿溶液，能溶于酸堿酸同時含有Li、Fe、P再次制得磷酸亞鐵鋰探究點六

鋰離子電池正極的雜質分析高溫成型廢舊電池正極堿浸酸浸NaOH溶液H2SO4、H2O2濾液2濾液1濾渣放電處理拆解分離鋁分離炭探究點七

鋰離子電池正極材料的分離分析放電處理的目的有利于鋰在正極回收(鋰離子從負極中脫出,進入正極材料)石墨

鋰離子電池正極的回收環(huán)節(jié)三高溫成型加氨水調pH濾液3FePO4●2H2O濾液2飽和Na2CO3溶液探究點八

加氨水調pH至多少?資料卡片pH對沉淀中Fe和P的物質的量之比的影響Li+、Na+、SO42-、NH4+過低，電離平衡逆向移動，PO43-轉化生成磷酸或者酸式鹽，生成鐵的磷酸酸式鹽；過高，生成Fe(OH)3沉淀

過高/過低有什么影響?2.1

鋰離子電池正極的回收環(huán)節(jié)三高溫成型濾液3FePO4●2H2OLi2CO3飽和Na2CO3溶液一系列操作探究點九

一系列操作包括？

資料卡片加熱溶液至接近100℃，趁熱過濾，洗滌，干燥。熱水

鋰離子電池正極的回收環(huán)節(jié)三高溫成型濾液3FePO4●2H2OLi2CO3炭熱高溫還原LiFePO4/C飽和Na2CO3溶液一系列操作探究點十

炭熱高溫還原的化學方程式

FePO42FePO4+Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑

鋰離子電池正極的回收環(huán)節(jié)三反應主體部分確定兩劑兩產(chǎn)物配平氧化還原部分環(huán)境補充部分結合酸堿性高溫成型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.

鋰離子電池正極的回收環(huán)節(jié)三高溫成型

鋰離子電池正極的回收環(huán)節(jié)三原料預處理區(qū)

物質轉化與分離區(qū)產(chǎn)品生成與提純區(qū)試劑線

去除雜質或轉化產(chǎn)品，關注加入試劑的種類與作用操作線

分離雜質和產(chǎn)品需提純，積累常見操作的目的與作用雜質線

除去雜質，關注雜質去除方式、順序及條件等產(chǎn)品線

關注核心元素及其化合價變化橫向三區(qū)縱向四線電極制備電池工作原理電極回收利用鋰離子電池

鋰離子電池的發(fā)展環(huán)節(jié)四高溫成型鋰硫電池鋰固態(tài)電池鈉離子電池