Question

【题目】新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。 磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下:

【方法一】 将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。

【方法二】 将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出。

【方法三】 以铁红、锂辉石LiAl (SiO3)2 (含少量Ca2+、Mg2+的盐)、碳粉等原料来生产磷酸亚铁锂。其主要工艺流程如下:

己知: 2LiAl (SiO3) 2+ H2SO4(浓)=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，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为______________________________。

（2）在方法二中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有H2O、________(填化学式)生成。

（3）方法一与方法二中，制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是________________。

（4）在方法三中从滤渣I中可分离出Al2O3，如下图所示。请写出生成沉淀的离子方程式________________。

（5）向滤液II中加入饱和Na2CO3溶液，过滤后，用“热水洗涤”的原因是___________________________。（6） 写出在高温下生成磷酸亚铁锂的化学方程式______________________________________。

（7）磷酸铁锂锋动力电池(简称LFP) 是一种高效、超长寿命的二次电池。其工作原理为:

C6Li+FePO4C6Li(1-x)+ (1-x) FePO4+xLiFePO4充电时，写出阴极反应方程式____________________。

Answer 1

【答案】 Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+ CO2、NH3 为了防止亚铁化合物被氧化 Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+ Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失 2FePO4+ Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑ C6Li（1-x）+xLi++xe-═C6Li

【解析】试题分析：（1）阳极铁失电子生成磷酸亚铁锂；(2)根据元素守恒分析产物；(3).亚铁离子易被氧化；（4）含有Al3+的溶液加入氨水可以生成氢氧化铝沉淀；(5)Li2CO3的溶解度随温度升高而减小；（6）Li2CO3、C、FePO4高温条件下生成LiFePO4和CO；（7）放电时的负极，充电时做阴极；

解析：（1）阳极铁失电子生成磷酸亚铁锂，电极反应式是Fe+H2PO4-+Li+-2e-=LiFePO4+2H+；(2)将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，根据元素守恒可知，同时生成的乙酸、H2O、CO2、NH3等气态物质；(3).亚铁离子易被氧化，为了防止亚铁化合物被氧化，所以方法一与方法二中，制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行；（4）含有Al3+的溶液加入氨水可以生成氢氧化铝沉淀，反应离子方程式是Al3++3NH3·H2O＝Al(OH)3↓+3NH4+；(5) 向滤液II中加入饱和Na2CO3溶液生成Li2CO3沉淀，Li2CO3的溶解度随温度升高而减小，热水洗涤可减少Li2CO3的损失；（6）Li2CO3、C、FePO4高温条件下生成LiFePO4和CO，反应方程式是2FePO4+ Li2CO3+2C2LiFePO4+3CO↑；（7）放电时的负极，充电时做阴极，阴极发生还原反应，电极反应式是C6Li（1-x）+xLi++xe-═C6Li；