一级一级黄色片,粉嫩一区二区三区国产精品,国产精品永久免费视频,av1234,秋霞免费av,最新国产网站,国产原创中文av

當(dāng)前位置: 首頁(yè) » 資訊 » 行業(yè)資訊 » 鋰電池 » 正文

鋰電池新材料探索

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2012-08-07  來(lái)源:ICCSINO  作者:鑫欏資訊
摘要:??? 正極材料  固溶體和橄欖石類材料  現(xiàn)有鋰離子充電電池的正極材料使用的是鈷酸鋰( L i C o O 2) 、三元類( L i N i M n C o O 2 ) 、錳酸鋰( L i M n 2 O 4 ) 、磷酸鐵鋰(LiFePO4)等。但這些正極材料的...
??? 正極材料
  固溶體和橄欖石類材料
  現(xiàn)有鋰離子充電電池的正極材料使用的是鈷酸鋰( L i C o O 2) 、三元類( L i N i M n C o O 2 ) 、錳酸鋰( L i M n 2 O 4 ) 、磷酸鐵鋰(LiFePO4)等。但這些正極材料的理論容量都在200mAh/g以下。因此必須尋找超過(guò)200mAh/g的新材料,或是使用能夠?qū)⒛壳爸挥?V左右的對(duì)鋰電位提高到5V左右的5V類正極材料,增加能量密度。
  *各電極的能量密度為比容量與電壓之乘積其中,能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)250mAh/g的比容量,而且屬于5V類正極材料的固溶體類(Li2MnO3-LiMO2)材料被寄予了厚望。
  該材料雖然具有層狀結(jié)構(gòu),但容量大于層狀類材料的理論值。因此,探究大容量實(shí)現(xiàn)原理的行動(dòng)日趨活躍。該材料最初是分為鋰層與錳等過(guò)渡金屬層的層狀結(jié)構(gòu),但初期充電后,過(guò)渡金屬會(huì)移動(dòng)到鋰層內(nèi),形成骨架結(jié)構(gòu)。研究顯示,大容量的實(shí)現(xiàn)除了錳等金屬的氧化還原反應(yīng)外,還歸功于氧的電荷補(bǔ)償作用。
  但是,當(dāng)把充電電壓提高到容量超過(guò)理論值的4.8V左右后,重復(fù)充放電循環(huán)時(shí)容量下降程度會(huì)加大。估計(jì)是因?yàn)樵谘醯碾姾裳a(bǔ)償作用下,正極材料產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)變化。如果能夠解明該現(xiàn)象,提高循環(huán)特性,很有希望為新一代正極材料打開(kāi)道路。
??? 改善LiMnPO4的特性
  雖然比容量并不算大,但橄欖石類正極材料能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓化,而且在安全性和成本方面?zhèn)涫荜P(guān)注。該材料中磷(P)與氧結(jié)合牢固,即便在高溫下也難以放出氧。因此不易引起熱失控*,安全性較高。目前,LiFePO4已經(jīng)得到了實(shí)用化,其存在的問(wèn)題是鋰電壓僅為3.4V左右。
  *熱失控=電池單元內(nèi)因內(nèi)部短路等原因產(chǎn)生異常發(fā)熱,導(dǎo)致著火、冒煙、破裂。
  對(duì)鋰電位比LiFe-PO4高0.7V,達(dá)到4 . 1 V 的磷酸錳- 鋰( L i M n -PO4)的開(kāi)發(fā)正在推進(jìn)之中。在本屆電池討論會(huì)上,豐田汽車和住友大阪水泥就使用水熱合成法*的LiMnPO4合成進(jìn)行了發(fā)表。
  *水熱合成法=在高壓水蒸氣環(huán)境下合成化合物、培養(yǎng)晶體的方法。
  豐田汽車通過(guò)提高鋰離子傳導(dǎo)性和導(dǎo)電性,改善了輸出特性公認(rèn)低于LiFePO4的LiMnPO4的特性。方法是利用水熱合成法進(jìn)行制作,通過(guò)將一次粒子的粒徑縮小至20nm提高鋰離子傳導(dǎo)性,通過(guò)使用球磨機(jī)*在粒子表面涂布碳層提高導(dǎo)電性。借助以上改進(jìn),不僅1C放電實(shí)現(xiàn)了150mAh/g左右的比容量,在5C這一高放電倍率下也得到了120mAh/g的比容量。
  *球磨機(jī)=一種在加入材料后,能夠在旋轉(zhuǎn)的機(jī)身中,利用堅(jiān)硬鋼球向材料施加機(jī)械能的粉碎機(jī)。其作用是利用機(jī)械能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng),即實(shí)施機(jī)械化學(xué)處理。
  住友大阪水泥發(fā)表了增加導(dǎo)電性的方法,即將碳與碳化催化劑一同加熱,使其復(fù)合化的催化劑法。使用碳與LiMnPO4單獨(dú)混合加熱的方法時(shí),粒子表面的碳膜不均勻,而使用催化劑法能夠在粒子表面形成2nm左右的均勻碳膜。在試用紐扣電池的0.1C的充放電試驗(yàn)中,得到的放電容量為140mAh/g。該公司表示,通過(guò)使用催化劑法,以較少的碳量也能夠提高導(dǎo)電性。
  磷酸釩亮相
  另一方面,在橄欖石類材料中,G S湯淺建議使用磷酸釩鋰(L i 3V 2(PO4)3)。該材料不僅在安全性方面有望與L i F e P O 4相當(dāng),理論容量也高達(dá)1 9 7 m A h / g , 比LiFePO4和LiMnPO4還高出25mAh/g以上。而且,對(duì)鋰電位可以達(dá)到3.8V左右,比LiFePO4還高0.4V左右。
??? G S 湯淺在使用液相法合成材料后,在粒子表面覆蓋了一層碳。
  結(jié)果, 0 . 1 C 放電時(shí)的比容量為130mAh/g。放電特性方面,2C放電時(shí)可保證98%的容量維持率,適合混合動(dòng)力車等高輸出功率用途。
  GS湯淺使用試制的5Ah級(jí)方型單元,試驗(yàn)了充電狀態(tài)(SOC)為50%時(shí)的輸出特性。使用Li3V2(PO4)3的單元與使用LiFePO4的單元相比,無(wú)論放電時(shí)間長(zhǎng)短都表現(xiàn)出了較高特性。放電后10秒的輸出密度方面,使用Li3V2(PO4)3的單元要高出25%。
  有機(jī)化合物
  有機(jī)充電電池的正極材料使用有機(jī)化合物。反應(yīng)機(jī)理與普通的鋰離子充電電池相同。有機(jī)充電電池的特點(diǎn)是不僅理論容量最大可接近1000mAh/g,而且不使用重金屬,重量較輕,資源限制也比較小。
??? 不過(guò),雖然單位重量的能量密度高,單位體積的能量密度卻偏低。而且,對(duì)鋰電位大多僅為2~3.5V。因此,實(shí)現(xiàn)與目前的鋰離子充電電池相同的能量密度還需要找到具備400~600mAh/g比容量的有機(jī)化合物。
  有機(jī)充電電池的代表是NEC于2001年開(kāi)發(fā)的有機(jī)自由基電池*。該電池氧化還原的反應(yīng)速度快,能高速進(jìn)行充放電。但該電池為單電子反應(yīng),難以增加容量,單位單元的能量密度為20~30Wh/kg左右。
  *有機(jī)自由基電池=利用穩(wěn)定自由基的氧化還原反應(yīng)的充電電池。利用的是在電子軌道最外層擁有不成對(duì)電子,被稱為“自由基”的物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)。
  為了解決這一課題,能夠?qū)崿F(xiàn)雙電子以上反應(yīng)的有機(jī)化合物正在開(kāi)發(fā)之中。其間還發(fā)現(xiàn)了四電子參與反應(yīng)的物質(zhì)的存在,對(duì)大容量化的期待與日俱增。實(shí)際上,從專利申請(qǐng)情況可知,豐田汽車和松下等大企業(yè)都在參與研究。
  村田制作所認(rèn)為有機(jī)化合物是“有前途的領(lǐng)域”。該公司與本田技術(shù)研究所等合作研究的以紅氨酸作為正極材料的充電電池,即使重復(fù)充放電20次,比容量仍維持在460mAh/g以上。
  雖然目前還在材料探索階段,但村田制作所意圖“在2020年前后,面向汽車全面應(yīng)用”。因此,該公司希望在2015年左右,面向消費(fèi)產(chǎn)品提供此類產(chǎn)品。
  負(fù)極材料
  硅類新材料
  在負(fù)極材料領(lǐng)域,面向大型電池的研究開(kāi)發(fā)方向分成了兩個(gè)。一個(gè)是大容量化,一個(gè)是提高安全性和壽命?,F(xiàn)在,主流材料石墨的比容量為370mAh/g左右,為了實(shí)現(xiàn)大容量化,對(duì)超過(guò)1000mAh/g的硅類材料的研究十分興盛。
  由于石墨的對(duì)鋰電位僅為0.1V左右,鋰在負(fù)極的析出會(huì)造成安全性問(wèn)題,石墨界面上容易形成與電解液的化合物,給確保循環(huán)特性造成了困難。因此,對(duì)鋰電位高達(dá)1.5V,安全性和循環(huán)特性優(yōu)良的鈦酸鋰(Li4Ti5O12,LTO)受到了關(guān)注(圖4)。
  豐田中央研究所表示,層狀聚硅烷的厚度為nm等級(jí),與面內(nèi)尺寸為μm等級(jí)且各向異性較強(qiáng)的片狀(Si6H62)n層疊形成的石墨具有相同的結(jié)構(gòu)。
  使用該材料測(cè)試電極的結(jié)果顯示,第一次的充電容量為1170mAh/g,容量高達(dá)硅粒子試制品的近2倍。
  重復(fù)1 0次充放電后的體積膨脹率為150%,小于硅粒子的156%。豐田中央研究所認(rèn)為維持層狀結(jié)構(gòu)有助于減輕膨脹,表示該材料會(huì)成為硅類材料的熱門候選之一。
  圍繞能夠提高安全性和壽命的LTO,村田制作所和豐田汽車等陸續(xù)進(jìn)行了發(fā)表。因?yàn)長(zhǎng)TO的比容量?jī)H為175mAh/g,所以在未來(lái),通過(guò)與硅類材料等混合,有望實(shí)現(xiàn)容量與安全性的兼顧。
  LTO單獨(dú)使用雖然沒(méi)有問(wèn)題,但與含乙炔黑等助導(dǎo)電劑的材料形成復(fù)合電極后,會(huì)出現(xiàn)充電時(shí)倍率性能下降的課題。
  村田制作所發(fā)現(xiàn),在合成L TO時(shí)添加鋯(Zr)和鍶(Sr)能夠改善充電時(shí)的倍率性能。Zr和Sr提高充電特性的原理各不相同,Zr是通過(guò)縮小LTO粒徑,加大反應(yīng)面積。
  鍶則是通過(guò)生成鋰能夠脫離和插入的Li2SrTi6O14提高特性。
  另一方面,豐田汽車報(bào)告稱,把LTO晶體結(jié)構(gòu)中的氧置換成氮能夠提高導(dǎo)電性。具體方式是在N2/NH3環(huán)境下同時(shí)導(dǎo)入氧缺陷并進(jìn)行氮置換,電導(dǎo)率從不足10-7S/cm增加了5個(gè)數(shù)量級(jí),為2×10-2S/cm。
  隔膜
  高耐熱性無(wú)紡布
  隔膜方面,為了應(yīng)用于大型電池,安全性研究正在開(kāi)展之中。舊有隔膜的基材使用的是聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等微多孔性膜,這些材料的耐熱性差。因此在最近,在舊有隔膜表面設(shè)置陶瓷層,提高耐熱性的措施占據(jù)了主流。
  三菱制紙和東京理科大學(xué)對(duì)不使用低耐熱性基材,直接使用高耐熱性纖維素和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(P E T)的無(wú)紡布隔膜進(jìn)行了研究。
  通過(guò)在1 8 0℃下放置3小時(shí)的試驗(yàn),比較了無(wú)紡布隔膜和具備氧化鋁(Al2O3)耐熱陶瓷層的PP制隔膜。
  其結(jié)果顯示,無(wú)紡布隔膜在3小時(shí)后仍未出現(xiàn)收縮,而具備耐熱陶瓷層的PP制隔膜5分鐘即發(fā)生了收縮。
  期望應(yīng)用于層疊型單元
  接著, 二者還制作正極使用LiMn2O4,容量約為30mAh的層疊型單元,對(duì)其倍率性能和充放電循環(huán)特性進(jìn)行了比較。無(wú)紡布隔膜不僅耐熱性好,因孔隙率大,電解液滲透性也十分優(yōu)良。因此,在倍率性能方面,與PP制隔膜相比,放電倍率越高,無(wú)紡布隔膜的容量維持率越高。
  在充放電循環(huán)特性方面,從循環(huán)100次之后的容量維持率來(lái)看,無(wú)紡布隔膜在25℃下高達(dá)85%以上,在50℃下高達(dá)70%左右。與之相對(duì),PP制隔膜在25℃下為77%,在50℃下僅為66.5%。
  除此之外,把重復(fù)進(jìn)行充放電的單元進(jìn)行拆解觀察隔膜的結(jié)果顯示,無(wú)紡布隔膜基本未出現(xiàn)變化,而PP制隔膜的表面發(fā)生變色,因氧化發(fā)生了劣化。
??? 無(wú)紡布隔膜沒(méi)有在達(dá)到某一溫度后停止傳導(dǎo)鋰離子的關(guān)斷功能,延展性等機(jī)械特性也與舊有隔膜大不相同。因此,三菱制紙希望面向制造方法不同于以往的大型層疊型單元,擴(kuò)大無(wú)紡布隔膜的銷售。
 
關(guān)于我們:ICC鑫欏資訊成立于2010年,主要服務(wù)于炭素、鋰電、電爐鋼3大行業(yè),是中國(guó)領(lǐng)先的專業(yè)產(chǎn)業(yè)研究和顧問(wèn)公司。鑫欏資訊以研究為中心,提供媒體資訊、研究咨詢、數(shù)據(jù)庫(kù)和市場(chǎng)營(yíng)銷等解決方案。
鑫欏鋰電專注于鋰電池原材料、鋰電池及其下游等相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈跟蹤,對(duì)市場(chǎng)價(jià)格、行情動(dòng)態(tài)等資訊的搜集與研究,常年跟蹤行業(yè)內(nèi)400多家生產(chǎn)企業(yè),擁有完善的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)企業(yè)需求提供定制報(bào)告,為企業(yè)提供專業(yè)化服務(wù)。
鑫欏鋰電以研究為中心,服務(wù)于行業(yè)企業(yè)、金融機(jī)構(gòu)(一二級(jí)市場(chǎng)私募基金/券商/銀行等)、高校/科研院所、政府等,為客戶提供的獨(dú)特洞見(jiàn)、分析和資源,幫助客戶高效決策,以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。

[ 資訊搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告訴好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 關(guān)閉窗口 ]

 

 
資訊瀏覽
市場(chǎng)報(bào)價(jià)
 
| 版權(quán)隱私 | 使用協(xié)議 | 網(wǎng)站服務(wù) | 聯(lián)系方式 | 關(guān)于我們
電話:021-50184981   電子郵箱:service@iccsino.com   地址:上海市浦東新區(qū)商城路506號(hào)新梅聯(lián)合廣場(chǎng)B座21樓D  郵編:200122  滬ICP備2022024271號(hào)-1