点石文库
全部分类
  • 学术论文 >
    学术论文
    机械毕业设计 电气毕业论文 土木工程论文 医学论文 法学论文 管理论文 人力资源论文 计算机论文 软件工程 英语学论文 教育学论文 开题报告 冶金学论文 任务书 通信工程论文 生物学论文 毕业设计 毕业论文 文献综述 外文翻译 答辩PPT 参考文献 课程设计 期刊论文 减速器设计 其他
  • 机械毕业设计精选 >
    机械毕业设计精选
    含3D结构设计 结构设计/毕业设计 注塑模具设计(含模 注塑模具设计(含数 注塑模具设计 夹具设计类 夹具设计(机床类课 夹具设计(含三维模 数控工艺类 冲压模具(单工序) 冲压模具(复合模) 冲压模具(级进模) 压铸及其他模具类 matlab仿真类 ansys仿真类 plc控制类 单片机控制类 其他控制类 减速器课程类
  • 图纸模型 >
    图纸模型
    机械设备 零部件模型 交通运输 电子产品 生活用品 电子电工 五金工具 军工模型 建筑模型 模具图纸 钣金图纸 设计方案 机器人模型 航空航天 海洋船舶 艺术品/工艺品 CAD建筑图纸 文体用品 科幻模型 其他模型
  • 土木建筑 >
    土木建筑
    工程造价 室内装修 建筑图纸 规划方案 市政工程 园林工程 结构设计 环保行业 建筑设计 水电图 建筑标准 安全施工 建筑材料 技术标书 其他 施工组织
  • 行业资料 >
    行业资料
    机械类 仿真类 国家标准 企业标准 机械标准 金融经济 医学类 交通电力 全国省级标准 环保消防 机械行业标准 铁路行业标准 化工行业标准 建筑行业标准 城建市政标准 其他类
  • 办公文档 >
    办公文档
    PPT模板 工作汇报/总结 演讲稿/致辞 工作计划 活动策划 读后感/观后感 调研文书 招标投标 产品使用说明 会议纪要 商业策划 合同协议 商务礼仪 财务报表 广告营销 通知/申请 制度体系 个人简历 其他
  • 认证考试 >
    认证考试
    财会类 学历类 公务员/事业单位类 教师资格考试 技工职业考试 司法考试 网络工程师考试 质量工程师 成考/自考/函授 建筑类 外语类 资格类 外贸类 医药类 计算机类 其他
  • 教育辅导 >
    教育辅导
    幼儿教育 小学资料 中学资料 高中资料 成人高考 大学教育 研究生教育 自考/成人/函授 考试试卷 高中政治 高中生物 高中地理 高中数学 高中语文 高中外语 高中历史 其他
  • 生活休闲 >
    生活休闲
    运动健康 养生知识 服装配饰 科普知识 时政新闻 游戏攻略 旅游攻略 两性情感 美食烹饪 摄影摄像 其他 党团政务
  • 首页 点石文库 > 资源分类 > PDF文档下载
     

    锂离子电池_从基础研究到产业.pdf

    • 资源ID:3416       资源大小:478.39KB        全文页数:3页
    • 资源格式: PDF        下载权限:游客/注册会员/VIP会员    下载费用:1
    换一换
    游客快捷下载 游客一键下载
    会员登录下载
    下载资源需要1

    邮箱/手机:
    温馨提示:
    支付成功后,系统会根据您填写的邮箱或者手机号作为您下次登录的用户名和密码(如填写的是手机,那登陆用户名和密码就是手机号),方便下次登录下载和查询订单;
    特别说明:
    请自助下载,系统不会自动发送文件的哦;
    支付方式: 微信支付    支付宝   
    验证码:   换一换

          加入VIP,下载共享资源
     
    友情提示
    2、PDF文件下载后,可能会被浏览器默认打开,此种情况可以点击浏览器菜单,保存网页到桌面,既可以正常下载了。
    3、本站不支持迅雷下载,请使用电脑自带的IE浏览器,或者360浏览器、谷歌浏览器下载即可。
    4、本站资源下载后的文档和图纸-无水印,预览文档经过压缩,下载后原文更清晰   

    锂离子电池_从基础研究到产业.pdf

    新材料产业 NO.10 2009 89优势产业案例Overview of Representative Industry锂离子电池从基础研究到产业■ 文/陈立泉我国锂离子电池产业发展很快, 全球锂离子市场已经形成中、 日、 韩三足鼎立的局面。 最近两年来,锂离子电池已经开始在电动自行车和电动工具上得到快速应用。 今后, 锂离子电池不仅将广泛应用于电动汽车, 还将在储能中发挥重要作用, 锂离子电池的市场占有率将进一步快速扩大。 经过10余年的努力,我国已初步形成了从原料制备、 设备制造、 电池加工和出口贸易以及下游产品的产业链。2008年全国锂离子电池总产值约 200亿元, 上下游总产值约 500亿元。 为适应我国锂离子电池产量的快速增加, 电池材料产业也在快速发展, 基本形成了与之配套的产业集群。 我国正逐步发展成为新兴的锂离子正极材料生产大国, 2008年年产量约为9000t, 产品品质基本达到国际水平。 目前国内各公司纷纷研究和开发新的正极材料, 如改性LiMn2O4、LiNiCoMnO2和LiFePO4,逐渐投放市场, 这些正极材料的成本低, 对环境友好, 安全性好, 很受电池厂家青睐。 锂离子电池负极材料的主流是中间相炭小球MCMB和改性天然石 墨,2008年总产量约为5500t。 电解液的年产量约 6000t, 除满足国内需求外, 还有部分出口。 锂离子电池隔膜材料的国产化是近年来的重要任务, 取得一些可喜进展, 但质量上仍需进一步提高。国内锂离子电池关键材料的研制和产业化, 不仅满足了锂离子电池产业的需要, 而且还为锂离子电池、 动力电池和大规模储能电池的发展创造了有利条件。基础研究,功不可没锂离子电池产业为什么能够快速、 健康发展基础研究的作用不能忽视20世纪70年代末, 物理学家、 化学家和材料学家对固体中的快离子传导现象很感兴趣, 从不同角度进行了跨学科的深入研究。 离子导电材料可分2类, 一类是快离子导体, 它只传导离子而对电子绝缘;另一类是嵌入化合物, 它既传导离子又传导电子。 对快离子导体和嵌入化合物的兴趣, 在很大程度上源于它在固体离子器件中的潜在应用, 特别是可分别在锂电池中作固体电解质和电极材料。 对嵌入化合物脱嵌锂离子性能的认识, 促进了正极材料的发现, 最初的典型嵌入化合物是TiS2, 作为高能量锂电池的正极, Li与TiS2的反应是一个完美的嵌入反应, 反应物与其产物具有相同的结构。 但是,由于难以解决充放电过程中锂枝晶引起的不安全问题, 金属锂电池未能产业化。 锂电池的发展经历了从负极提供锂源以金属锂为负极的金属锂电池到正极如 LiCoO2、 LiNiO2、 LiMn2O4等提供锂源的锂离子电池发展过程。 在深入研究插层化合物基础上 ,J.B.Goodenough等发现了具有良好脱嵌国内锂离子电池关键材料的研制和产业化, 不仅满足了锂离子电池产业的需要, 而且还为锂离子电池、 动力电池和大规模储能电池的发展创造了有利条件。Advanced Materials Industry 90锂离子性能的化合物 LiCoO2, 其后一系列具有脱嵌锂能力的锂离子电池正极材料相继被报道。 石墨嵌入化合物是另一类有趣的材料, 由于石墨是半金属,嵌入锂等金属离子后, 导电性极大提高。 SONY公司把石墨用作锂离子电池负极材料, 这也是石墨嵌入化合物研究一个重要应用。 可以看出, 正是这些基础研究催生了锂离子电池。1987年, 我国启动了八六三计划, “七五” 储能材料专题中有聚合物锂电池材料和储氢材料2个专项, 由我担任聚合物锂电池项目负责人, 项目组下设11个课题组,包含了国内这个领域中的主要实验室,研究内容包括正、 负极材料和聚合物电解质材料,也涉及电池设计和制备, 对聚环氧乙烷 PEO或聚环氧丙烷 PPO为基体组成的固体聚合物电解质进行了比较深入研究, 取得了丰硕的成果。 课题中期检查时, 就演示了用聚合物锂电作电源的收录两用机。“七五” 末期八六三成果汇报时, 展示了用自制的手动涂布机和手动卷挠机试制的圆柱型锂电池, 有趣的是, 正是这种手动设备在后来我国锂离子电池初期产业化生产中大显身手。 参加八六三计划聚合物锂电池项目的11个单位和由研究计划培养的大批人材, 在锂离子电池产业发展中起了重要作用。 我国锂离子电池企业的技术既不是凭空而来, 也不是主要靠引进, 而是主要依靠我们的科技人员研究出来的, 是八六三计划结出的硕果。 我国对锂电池材料的基础研究为我国锂离子电池的研究、 开发和产业化群体的形成, 在知识、 技术和人材方面都奠定了坚实的基础。我想举一个实例来说明基础研究的重要。 大家知道LiFePO4是近几年来国内外备受关注的锂离子电池正极材料, 它的安全性和循环性都很好, 但是它是半导体, 室温电导率很低, 必须包复碳材料才能使用, 而碳包复改善电子导电性已由加拿大一家公司申请了专利。 这样我们就会遇到知识产权问题。 我们实验室从 2001年以来, 一直从理论和实验2方面开展了比较系统的研究, 涉及的博士生有五六人,我们的目的是如何实破专利, 获得自主知识产权。我们用第一性原理研究了纯的 LiFePO4和掺Cr的Li1-3xCrxFePO4(x1/32) , 比较了掺杂前后费米能级附近的电子态,未掺杂的 LiFePO4的费米能级附近没有电子态, 掺杂Cr后,LiFePO4费米能级附近的电子态主要来自Cr的3d态Cr-3d。 配合理论研究的实验结果表明, 微量Cr掺杂样品的室温电导率提高了8个数量级。正是这些电子态的出现才导致了电子电导率的提高。根据理论计算,可以估算出Li0.97Cr0.01FePO4和Li0.91Cr0.03FePO4中围绕掺Cr杂质原子的导电团簇由21个晶格位置构成,导电团簇的体积占总体积的百分比分别为3和9。 因此,各导电团簇有可能以直接或隧穿的方式构成一个湍流模式的导电网络,使电子的跳跃变得更为容易。实验测量表明,虽然锂位掺杂Cr可以显著提高LiFePO4的电子电导率,但 LiFePO4的倍率充放电性能并没有因此而有明显的改善。 为此,本实验室进一步研究了锂离子在LiFePO4中的扩散性质。应用 “绝热近似轨道” 方法计算材料中锂离子的扩散通道, 表明锂离子在 LiFePO4中的扩散通道是一维的; 利用第一性原理分子动力学模拟, 也说明锂离子的扩散是一维的。以密度泛函为基础的第一性原理, 证明锂位掺杂的Cr会堵塞锂离子的一维扩散通道。 因此,掺入少量的高价态金属离子虽然可以提高 LiFePO4的电子电导率,但却不能提高倍率性能。 原因就是重的高价态金属离子占据锂位,阻塞了锂离子的一维扩散通道。我们考察了以低价态离子如Na取代部分Li对LiFePO4性能的影响。 计算结果简述如下1 钠掺杂也能够提高 LiFePO4材料的电子导电性。2 钠掺杂后 LiFePO4具有更大的锂离子输运通道,同时Li-O相互作用变弱;3 钠本 身的扩散势垒仍然比较大,大约为1.32eV, 但是这个数值比Cr离子扩散势垒2.1eV要小很多。以上都表明Li+位掺杂轻的一价阳离子有利于提高LiFePO4的总体性能。唯一能够改善LiFePO4倍率性能的是1纳掺杂样品.在10C 1500mA/g、 20C3000mA/g和30C相当于电流密度4500 mA/g的放电容量分别为99mAh/g、 83mAh/g和71mAh/g。 甚至当放电新材料产业 NO.10 2009 91优势产业案例Overview of Representative Industry电流密度增至40C相当于电流密度6000mA/g时,它的放电容量仍能够达到60mAh/g。 因此,锂位钠掺杂对材料倍率性能有着重要的影响,合适的掺杂量可以显著改善 LiFePO4的倍率性能。 上述基础研究表明, 钠掺杂改善LiFePO4导电性和倍率特性的效果十分明显, 可能应用于实际生产中。展望未来,任重道远锂离子电池产业由中、 日、 韩三分天下的局面能维持多久这在很大程度上取决于对锂离子电池的基础研究, 取决于政府和企业家的重视和资金投入。美国奥巴马政府执政以来, 十分重视新能源, 特别是最近投资24亿美元研究和开发电动汽车, 其中的15亿美元用于锂离子电池的研究和开发。很多美国专家认为锂离子动力电池就如同今天的石油一样具有重要的战略意义。 美国在锂离子电池的基础研究本来就很好, 在政策的支持和鼓励下,不仅基础研究会继续走在世界的前列, 而且会在锂离子动力电池产业化方面会很快形成竞争优势。日本NEDO 对锂离子电池的基础研究非常重视, 有专门的研究计划, 重新组建研究机构, 协调国内相关研究力量。 他们提出了可充电池能量密度的发展目标 2015年将达到 500Wh/kg, 2030年将达到700Wh/kg。面对这种激烈的竞争形势, 中国如何应对只有一条 应立即加强基础研究无论是从国家层面, 还是从企业层面, 首先要统一认识, 然后加大资金投入。 目前使用的正极材料容量都在140mAh/g左右, 碳基负极材料370mAh/g, 这类正/负极组合的能量密度最高可达 240Wh/kg, 如果用硅基负极材料, 能量密度可达300 Wh/kg,这可能是现有化学体系的极限了。 这几年,国内外对正极材料的研究不少, 但都未发现新的、 比容量更高的正极材料。 由于锂离子电池的锂源于正极, 因此, 正极材料容量是电池能量密度的决定因素。 为了使可充电池的能量密度高于300Wh/kg,必须研究新的化学体系。新体系是什么日本人提出的500Wh/kg, 甚至更高, 是采用什么化学体系谁也不知道。 等你知道了, 专利就早已经申请了, 我们要用人家的成果, 就必须花高价购买知识产权。 这就是现实我们与其几年后花 “大价钱” 受制于人, 不如现在就花 “小钱” 加大基础研究的力度, 获得自主知识产权的成果。我国已培养了一批极具创新能力的青年才俊, 是值得信任和依靠的。 我们完全可以相信, 在新一轮的国际竞争中, 只要政策适当, 只要加大对基础研究的支持, 我们是会取胜的。陈立泉 1940年出生, 无机功能材料专家。 1964年毕业于中国科学技术大学。 中科院物理研究所研究员。 长期从事无机功能材料的研究, 在锂离子电池聚合物电解质、 电极材料和电池的设计、 制作方面取得了较多成果; 在国内首先研制成功锂离子电池; 建成我国第一条锂离子电池中试生产线, 解决了锂离子电池规模生产的设备和原材料国产化、 电极片加工和电池设计等关键问题; 以国产设备和原材料为主, 实现了锂离子电池的产业化; 研制出液氮温区超导体并首先公布了成份;研制出一系列处于世界领先水平的高温超导材料。 多次获得国家和省部级奖励,其中 “液氮温区氧化物超导体的发现” 获1989 年国家自然科学一等奖。 发表论文230余篇, 申报发明专利13项。 2001年当选为中国工程院院士。

    注意事项

    本文(锂离子电池_从基础研究到产业.pdf)为本站会员(王牌秘书)主动上传,点石文库仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知点石文库(发送邮件至3339525602@qq.com或直接QQ联系客服),我们立即给予删除!

    温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载不扣分。




    关于点石文库 - 投资与合作 - 会员权益 - 联系我们 - 声明 - 人才招聘

    本站资源为会员上传分享,如有侵犯您的版权,请联系我们删除

    网站客服QQ:3339525602  网上上传投稿QQ群862612017

      copyright@ 2016-2020  dswenku.com 网站版权所有   

    经营许可证编号:湘ICP备18013834 


    收起
    展开