Question

【題目】新型鋰離子電池在新能源的開發(fā)中占有重要地位，可用作節(jié)能環(huán)保電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。 磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)是新型鋰離子電池的首選電極材料，它的制備方法如下:

【方法一】 將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽(yáng)極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀。沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥，在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰。

【方法二】 將碳酸鋰、乙酸亞鐵[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰，同時(shí)生成的乙酸及其他產(chǎn)物均以氣體逸出。

【方法三】 以鐵紅、鋰輝石LiAl (SiO3)2 (含少量Ca2+、Mg2+的鹽)、碳粉等原料來(lái)生產(chǎn)磷酸亞鐵鋰。其主要工藝流程如下:

己知: 2LiAl (SiO3) 2+ H2SO4(濃)=Li2SO4+ Al2O3·4SiO2·H2O↓

溶解度/℃	20	40	60	80
溶解度(Li2CO3)/g	1.33	1.17	1.01	0.85
溶解度(Li2SO4) /g	34.2	32.8	31.9	30.5

（1） 在方法一中，陽(yáng)極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應(yīng)式為______________________________。

（2）在方法二中，除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有H2O、________(填化學(xué)式)生成。

（3）方法一與方法二中，制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。其原因是________________。

（4）在方法三中從濾渣I中可分離出Al2O3，如下圖所示。請(qǐng)寫出生成沉淀的離子方程式________________。

（5）向?yàn)V液II中加入飽和Na2CO3溶液，過濾后，用“熱水洗滌”的原因是___________________________。（6） 寫出在高溫下生成磷酸亞鐵鋰的化學(xué)方程式______________________________________。

（7）磷酸鐵鋰鋒動(dòng)力電池(簡(jiǎn)稱LFP) 是一種高效、超長(zhǎng)壽命的二次電池。其工作原理為:

C6Li+FePO4C6Li(1-x)+ (1-x) FePO4+xLiFePO4充電時(shí)，寫出陰極反應(yīng)方程式____________________。

Answer 1

【答案】 Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+ CO2、NH3 為了防止亞鐵化合物被氧化 Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+ Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小,熱水洗滌可減少Li2CO3的損失 2FePO4+ Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ C6Li（1-x）+xLi++xe-═C6Li

【解析】試題分析：（1）陽(yáng)極鐵失電子生成磷酸亞鐵鋰；(2)根據(jù)元素守恒分析產(chǎn)物；(3).亞鐵離子易被氧化；（4）含有Al3+的溶液加入氨水可以生成氫氧化鋁沉淀；(5)Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小；（6）Li2CO3、C、FePO4高溫條件下生成LiFePO4和CO；（7）放電時(shí)的負(fù)極，充電時(shí)做陰極；

解析：（1）陽(yáng)極鐵失電子生成磷酸亞鐵鋰，電極反應(yīng)式是Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+；(2)將碳酸鋰、乙酸亞鐵[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰，根據(jù)元素守恒可知，同時(shí)生成的乙酸、H2O、CO2、NH3等氣態(tài)物質(zhì)；(3).亞鐵離子易被氧化，為了防止亞鐵化合物被氧化，所以方法一與方法二中，制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行；（4）含有Al3+的溶液加入氨水可以生成氫氧化鋁沉淀，反應(yīng)離子方程式是Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+；(5) 向?yàn)V液II中加入飽和Na2CO3溶液生成Li2CO3沉淀，Li2CO3的溶解度隨溫度升高而減小，熱水洗滌可減少Li2CO3的損失；（6）Li2CO3、C、FePO4高溫條件下生成LiFePO4和CO，反應(yīng)方程式是2FePO4+ Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑；（7）放電時(shí)的負(fù)極，充電時(shí)做陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式是C6Li（1-x）+xLi++xe-═C6Li；