鋰電池的歷史.doc

鋰電池的歷史1981年發(fā)表了第一個鋰離子電池方面的專利。八十年代末，SONY公司利用此發(fā)現(xiàn)制成了LIB。實(shí)驗(yàn)室制成的第一只18650型鋰離子電池容量僅為600mAh。1992年，SONY公司開始大規(guī)模生產(chǎn)民用鋰離子電池。1998年方型鋰離子電池大量投放市場，占據(jù)了市場較大份額。1999年國內(nèi)鋰離子電池開始大批量生產(chǎn)2002年國產(chǎn)鋰離子電池占據(jù)了國內(nèi)主導(dǎo)市場聚合物鋰離子電池技術(shù)開發(fā)背景1:電池形狀限制電子產(chǎn)品的外形設(shè)計 2電子產(chǎn)品內(nèi)部空間有限工藝-層疊 工藝-針刺:電池材料層疊好后，每一個小孔都被電池隔膜所覆蓋工藝-高分子膜:在針刺之后，電極上所有的小孔都開放了。這時我們分別在兩個單層正極的外表面放上一片高分子膜。工藝-鉚接技術(shù)-塑料鉚釘 冷卻后硬化了的高分子材料在小孔中形成一個個的塑料鉚釘。這些塑料鉚釘將電池材料緊密的結(jié)合起來，形成一個非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。鋰離子電池的特點(diǎn) 1塑料鉚釘使得電池具有十分穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，循環(huán)600次后電池厚度增長平均為0.5%。2使用鋁塑膜軟包裝，鋰離子電池具有較高的質(zhì)量比能量。相同容量的18650電池和本技術(shù)電池包裝材料的質(zhì)量分別為，金屬筒: 6.9 g 本技術(shù) : 1.9 g3可以使用各種用于鋰離子電池的材料，如液態(tài)電解液或聚合物電解液4利用該技術(shù)可以生產(chǎn)出各種不同尺寸和形狀的鋰離子電池。鋰離子電池不同的尺寸和形狀:電池厚度：0.47毫米 電池容量：0.012.9安時 技術(shù)合作的可能: 如前所述，該技術(shù)的最大特點(diǎn)就是可以生產(chǎn)各種不同尺寸、形狀的電池。我們因而十分關(guān)注各種類電子產(chǎn)品對電池需求的變化與發(fā)展。我們注意到，這些年來，各種廠商對非常規(guī)尺寸的鋰離子電池的興趣與需求不斷增長。這里說的非常規(guī)電池主要指，超薄超小型（容量1mAh，可用于RFID等領(lǐng)域），不規(guī)則外形（這主要來自產(chǎn)品的人體工程學(xué)設(shè)計方面的需求），柔性電池（flexible Li-ion battery）等。在我們的工作中，不斷有各種不同類型的企業(yè)（不僅僅是電子類公司）和我們接觸，尋求獲取上述電池的可能性。可以預(yù)見，這將是一個很有發(fā)展?jié)摿Φ氖袌?。?jù)我所知，國內(nèi)的電池生產(chǎn)廠家目前所涉足的基本是常規(guī)電池市場。我們不清楚中國的電池生產(chǎn)商是否有興趣進(jìn)入非常規(guī)的鋰離子電池市場。如果有這方面的計劃，我們相信該技術(shù)是一個很好的選擇。我們將十分愿意同中國的電池生產(chǎn)企業(yè)展開這方面的技術(shù)合作電池的性能充放電（容量）測試、高低溫性能、循環(huán)性能安全性能項(xiàng)目 試驗(yàn)條件 新電池循環(huán)后電池電特性 短路 外短路 無異常無異常 過充電 1C, 12V(max) 無異常無異常 異常電流充電 6C, 12V(max) 無異常無異常力學(xué)性能針刺 刺破短路 無異常無異常 擠壓壓至短路 無異常無異常 振動 振幅0.88mm, 10Hz-55Hz1Hz/min, 90min無異常無異常 落下 1.9m, 10次 無異常無異常熱特性 箱內(nèi)加熱 150, 保持10min 無異常無異常 焚燒 置于火焰上 起火起火（）復(fù)合金屬陶瓷陽極的熱膨脹陽極的熱膨脹系數(shù)隨組成不同而發(fā)生改變。隨著含量的增加，的熱膨脹系數(shù)增大。嚴(yán)重的熱膨脹系數(shù)不匹配會在電池內(nèi)部引起較大的應(yīng)力，造成電池組件的碎裂和分層剝離?？赏ㄟ^在電解質(zhì)中摻入添加劑的方法降低應(yīng)力。（）粉體的合成固相反應(yīng)法的過程：首先將各種氧化物按化學(xué)計量比混合均勻，然后在高溫下焙燒足夠的時間，研磨后制的粉末。液相反應(yīng)法的過程：首先按將化學(xué)計量比配制（）（）和（）的混合溶液，然后往混合溶液中加入檸檬酸和聚乙烯醇；將溶液中的水分蒸發(fā)至形成透明的無定形樹脂；繼續(xù)加熱使樹脂分解即可制成復(fù)合氧化物的前軀體；將前軀體在一定的溫度下焙燒，即可制的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的超細(xì)粉。（）的結(jié)構(gòu)和離子構(gòu)成八面體結(jié)構(gòu)，而八個通過共用離子分布于立方體的八個頂點(diǎn)上。離子位于立方體的中心。YSZ 的化學(xué)穩(wěn)定性和熱膨脹系數(shù)在的操作溫度范圍內(nèi)，不與其它電池材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在高溫下，與發(fā)生反應(yīng)，在界面處生成不導(dǎo)電相。必須將這種反應(yīng)降至最低，以免造成電池性能的下降。未摻雜的在溫度范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)為（）摻雜的通常具有較高的熱膨脹系數(shù) 的機(jī)械性能在室溫下的彎曲強(qiáng)度為，斷裂韌性為在的研究與開發(fā)過程中，迫切需要提高電解質(zhì)材料的強(qiáng)度和韌性，采用最多的方法是在中摻入一種或幾種其它氧化物L(fēng)SG 的合成電解質(zhì)材料的合成通常采用高溫固相反應(yīng)法。按化學(xué)計量比將和摻雜劑 混合均勻，在焙燒，將得到的粉料重新研磨，將粉料在下焙燒，即獲得燒結(jié)體；將燒結(jié)體在研缽內(nèi)加入乙醇研磨，即可獲得粉料。的合成還可采用“氨基乙酸硝酸鹽”燃燒法，檸檬酸法的結(jié)構(gòu)具有扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，傾斜的八面體位于正六面體的八個頂點(diǎn)上，位于正六面體的中心，組成正交結(jié)構(gòu)的晶胞。的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)隨著摻雜量的增大而增大，增大濃度與其中的氧空位濃度呈正比。因在發(fā)生正交到斜方晶系的物相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生大的收縮。通過摻雜和，可將收縮降至很低。的機(jī)械性能室溫下，的彎曲強(qiáng)度隨摻雜量的增加而降低，因?yàn)榈碾x子半徑為，而的離子半徑僅為，這種離子半徑差異會導(dǎo)致晶胞參數(shù)的增大，進(jìn)而造成機(jī)械強(qiáng)度的下降。SOFC研究前景經(jīng)過幾十年的研究,SOFC技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步,但仍然有許多關(guān)鍵性的問題需要解決。首先是降低SOFC的工作溫度,這就要求制備薄且致密的電解質(zhì)以降低電池的內(nèi)阻,并開發(fā)中低溫下電導(dǎo)率高的新型材料。其次是開發(fā)與電解質(zhì)相匹配且電子和離子電導(dǎo)率高的新型電極,目前主要的研究工作是改進(jìn)制備工藝和對已有電極材料進(jìn)行摻雜改性,或開發(fā)新的材料體系。再者為了使低成本的碳?xì)淙剂系玫綇V泛的應(yīng)用,解決積碳問題也是非常重要的方面。通過對已有的陽極材料進(jìn)行稀土元素的摻雜已取得了一定的成果,但仍需進(jìn)一步的研究。染料敏化太陽電池染料敏化電池 1利用與葉綠素進(jìn)行光感應(yīng)電子移動機(jī)理類似的電子移動方式的發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電 2模仿光合作用原理，研制出來的一種新型太陽電池 將納米二氧化鈦燒結(jié)在導(dǎo)電玻璃上，再將光敏染料鑲嵌在多孔納米二氧化鈦表面形成工作電極，在工作電極和對電極（通常為擔(dān)載了催化量鉑或者碳的導(dǎo)電玻璃）之間是含有氧化還原物質(zhì)對(常用I2和I-)的液體電解質(zhì)，它浸入納米二氧化鈦的孔穴與光敏染料接觸。在入射光的照射下，鑲嵌在納米二氧化鈦表面的光敏染料吸收光子，躍遷到激發(fā)態(tài)，然后向二氧化鈦的導(dǎo)帶注入電子，染料成為氧化態(tài)的正離子，電子通過外電路形成電流到對電極，染料正離子接受電解質(zhì)溶液中還原劑的電子，還原為最初染料，而電解質(zhì)中的氧化劑擴(kuò)散到對電極得到電子而使還原劑得到再生，形成一個完整的循環(huán) 高性能的敏化劑需要具有以下特點(diǎn)：(1) 能緊密吸附在TiO2表面，要求染料分子中含有羧基、羥基等極性基團(tuán)； (2) 對可見光的吸收性能好，在整個太陽光光譜范圍內(nèi)都應(yīng)有較強(qiáng)的吸收； (3) 染料分子應(yīng)該具有比電解質(zhì)中的氧化還原電對更正的氧化還原電勢； (4) 染料在長期光照下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠完成108次循環(huán)反應(yīng)(5) 染料的氧化態(tài)和激發(fā)態(tài)要有較高的穩(wěn)定性；(6)激發(fā)態(tài)能級與TiO2導(dǎo)帶能級匹配，激發(fā)態(tài)的能級高于TiO2導(dǎo)帶能級，保證電子的快速注入； (7) 染料分子能溶解于與半導(dǎo)體共存的溶劑。金屬釕（Ru）的聯(lián)吡啶配合物系列、金屬鋨（Os）的聯(lián)吡啶配合物系列、酞菁和菁類系列、卟啉系列、葉綠素及其衍生物等都可作為光敏化染料。染料敏化太陽電池的制作主要分為五個步驟第一步：二氧化鈦膜的制備 第二步：利用天然染料把二氧化鈦膜著色第三步：制作反電極第四步：組裝電池 第五步：注入電解質(zhì) 第一步：二氧化鈦膜的制備 二氧化鈦的制備有兩種方法： 一種方法是：稱取適量二氧化鈦粉(Degussa P25) 放入研缽中，一邊研磨，一邊逐漸加入硝酸或乙酸(pH 值為3 4) ，研磨均勻。 另一種方法是：取適量二氧化鈦粉，加入乙酰丙酮水溶液，然后邊研磨邊逐漸加入水使之研磨均勻。二氧化鈦漿料制備 待二氧化鈦薄膜自然涼干后，再撕去膠帶，放入爐中，在450下保溫半小時?？蛇x用電熱槍或管式爐，也可用酒精燈或天然氣燈在有支撐下加熱10min。然后讓其自然冷卻至室溫，儲存?zhèn)溆谩?燒結(jié)后得到二氧化鈦膜。其類似于類囊體膜，呈多孔狀，多孔膜有利于吸收太陽光和收集電子。第二步：利用天然染料把二氧化鈦膜著色 在新鮮的或冰凍的黑莓、山莓和石榴籽上滴34滴水，再進(jìn)行擠壓、過濾，即可得到我們所需要的初始染料溶液；也可以把TiO2 膜直接放在已滴過水并擠壓過的漿果上，或在室溫下把TiO2膜浸泡在紅茶(木槿屬植物) 溶液中。有些水果和葉子也可以用于著色。如果著色后的電極不立即用，必須把它存放在丙酮和脫植基的葉綠素混合溶液中。第三步：制作反電極電池既需要光陽極，又要一個對電極才能工作。對電極又叫反電極。 取與正電極相同大小的導(dǎo)電玻璃，利用萬用表判斷玻璃的導(dǎo)電面（利用手指也可以作出判斷，導(dǎo)電面較為粗糙）。把非導(dǎo)電面標(biāo)上+，然后石墨棒或軟鉛筆在整個反電極的導(dǎo)電面上涂上一層碳膜。這層碳膜主要對I-和I3-起催化劑的作用。整個面無需掩蓋和貼膠帶。因而整個面都可以涂上一層催化劑?？梢酝ㄟ^把碳膜在450下燒結(jié)幾分鐘來延長電極的使用壽命。電極必須用乙醇清洗，并烘干。也可以利用化學(xué)方法沉積一層通明的、致密的鉑層來代替碳層作為反電極。第四步：組裝電池小心地把著色后的電極從溶液中取出，并用水清洗。烘干之前再用乙醇或異丙醇清洗一下，以確保將著色后的多孔TiO2膜中的水份除去。把烘干后的電極的著色膜面朝上放在桌上，再把涂有催化劑的反電極放在上面，把兩片玻璃稍微錯開，以便于利用未涂有TiO2的電極部分和反電極作為電池的測試用。第五步：注入電解質(zhì)用兩個夾子把電池夾住，再滴入兩滴含碘和碘離子的電解質(zhì)溶液，由于毛細(xì)管原理，電解質(zhì)很快在兩個電極間均勻擴(kuò)散。2、 解決能源危機(jī)的辦法新能源的開發(fā)利用與節(jié)能） 1、新能源的開發(fā)利用（開源） 2、節(jié)能（節(jié)流）太陽能資源的優(yōu)點(diǎn)1、總量最大 取之不盡，用之不竭 2、分布最廣遍布世界各地，可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸3、最清潔 無任何污染及廢棄物缺點(diǎn)：1、能量密度低（1kW/m2）2、 是其強(qiáng)度受各種因素影響（季節(jié)、地點(diǎn)、氣候等）直接利用太陽能的方式1、光熱轉(zhuǎn)換 原理：利用太陽輻射能加熱物體而獲得熱能應(yīng)用：太陽能熱水器 反射式太陽灶 高溫太陽爐 地膜、大棚、溫室2、光電轉(zhuǎn)換將太陽能用于發(fā)電（1）光熱電轉(zhuǎn)換（2）光電直接轉(zhuǎn)換原理：根據(jù)光電效應(yīng)，利用通過太陽能電池（光電材料做成）將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能應(yīng)用：為無電場所提供電池，包括移動電源和備用電源、太陽能日用電子產(chǎn)品并網(wǎng)發(fā)電3、光化學(xué)能轉(zhuǎn)換應(yīng)用(1)暖袋用于調(diào)節(jié)室溫原理：當(dāng)白天溫度較高或受日光照射時分解吸熱，可以起到降溫作用。晚上沒有日光或者溫度低時重新化合放熱，起到升溫作用。選擇內(nèi)裝晶體的原則：分解溫度要適中熱效應(yīng)明顯，價格便宜芒硝 (2)光解水利用太陽能和催化劑將水分解制氫氣。 （2）核能的開發(fā)利用 核電站的工作原理：原子核是由帶正電的質(zhì)子與不帶電的中子組成的，質(zhì)子與中子統(tǒng)稱為核子。一般情況下，原子核為什么如此穩(wěn)定，就是因?yàn)楹俗又g存在著強(qiáng)大的核力。要使原子核分裂或者重新組合相當(dāng)困難，但是，一旦原子核分裂成新的原子核與其它粒子了，或者原子核與核子聚合成新的原子核與其它粒子了，都會產(chǎn)生巨大的能量， 這種能量就稱為核能，俗稱“原子能”。前者的變化過程稱為“裂變”，后者的變化過程稱為“聚變”。而且，聚變時產(chǎn)生的能量要比裂變時產(chǎn)生的能量大得多（就像氫彈爆炸時釋放的能量要比原子彈爆炸時的能量大得多);但是，聚變過程也更難控制。目前正常運(yùn)行的核電站都是屬于裂變核電站。特別要指出的是，正在建設(shè)中的核電站大多采用的是第三代核技術(shù)，技術(shù)含金量高，效率與安全系數(shù)也高； 核電站的優(yōu)點(diǎn)與不足 1）核電站的優(yōu)點(diǎn) a) 核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那 樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中,因此核能發(fā)電不會造成空氣污染, 不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳； b) 核能發(fā)電所使用的是鈾燃料，而 全球鈾的蘊(yùn)藏量相當(dāng)豐富； c) 核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體 積小，運(yùn)輸與儲存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一 航次的飛機(jī)就可以完成運(yùn)送； d) 核能發(fā)電的成本中，燃料費(fèi)用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟(jì) 情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。 2）核電站缺點(diǎn): a) 核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢 料，或者是使用過之核燃料，雖 然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對大的政治困擾 b) 核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境里，故核能電廠的熱污染較嚴(yán)重 c) 核能電廠投資成本太大，電力公司的財務(wù)風(fēng)險較高； d) 核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果設(shè)計不合理或操作不當(dāng)而造成核泄漏事故，會對生態(tài)及民眾造成傷害甚至嚴(yán)重傷害。前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站1986年4月的核泄漏事故對周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了相當(dāng)嚴(yán)重的影響。 （3）風(fēng)能的開發(fā)利用 風(fēng)能是利用空氣強(qiáng)烈的流動而形成的動能。嚴(yán)格說來，他是間接形式的太陽能，占到達(dá)地面太陽能的2%左右。雖然百分比不大，但絕對量可觀，相當(dāng)于10300億噸煤蘊(yùn)藏的能量。 風(fēng)能的利用分兩種： 風(fēng)能的動力利用利用風(fēng)力作為動力，直接帶動各類機(jī)械系統(tǒng)。例如，風(fēng)帆； 風(fēng)能的發(fā)電利用 利用風(fēng)力帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。例如 風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的：成 本低，污染少；但是缺點(diǎn)也是明顯的：風(fēng)力不穩(wěn)定，受季節(jié)性影響大，儲存與傳輸難等。 （4）海洋能的開發(fā)利用 海洋能包括潮汐能、波浪能、 海流能和海水溫差能。 海洋潮汐能來源于月亮與太陽對地球海水的的吸引力以及地球的自轉(zhuǎn)引起海水會周期性地作有節(jié)的垂直漲落的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，全球海洋潮汐能的儲藏量在27億千瓦左右，每年的發(fā)電量可達(dá) 33480億 （5）地?zé)崮艿拈_發(fā)利用 地球是一個巨大的熱庫，通過火山爆發(fā)和溫泉等途徑將內(nèi)部的熱量 地?zé)崮懿粩嗟剌斔偷降孛妗?據(jù)估計，每年輸送到地面的熱能相當(dāng)于燃燒370億噸煤釋放的能量，數(shù)量相