聚合物在锂离子电池中.ppt

聚合物在锂离子电池中的应用 概要： 第一部分：选题的背景 第二部分：锂离子电池及其应用的聚合物 第三部分：锂离子电池的应用 第一部分：选题的背景 本题涉及的是新能源材料的问题: 新能源材料的特点： ⑴ 新材料把原来使用的能源变成新能源。 ⑵ 一些新材料可以提高储能和能量转化效果 新能源材料开发面临的问题: ⑴ 资源的合理利用。 ⑵ 安全与环境保护。 ⑶ 材料规模化生产的制作与加工。 ⑷ 延长材料的使用寿命。 二次电池简介： ⑴ 什么是二次电池？ ⑵ 为什么二次电池能够迅猛发展？ ⑶目前对二次电池研究的新重点： ⅰ.储氢材料及金属氢化物镍电池； ⅱ.锂离子嵌入材料及液态电解质锂离子电池； ⅲ.聚合物电解质锂离子电池； 第二部分：锂离子电池及其应用的聚合物 一、概述 二、工作原理 三、正极材料 四、负极材料 五、电解质材料 一、概述 定义：锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。 与其优点比起来,锂离子电池的缺点不应成为问题,特别是它应用在高附加值和高科技产品中. 特点： ⑴优点 ① 体积和质量比能量高。（体积比能量就是单位体积的能量，质量比能量类似） ②平均输出电压高，一般为3.6V，是Cd-Ni，MH-Ni电池的三倍； ③可大电流放电，输出功率大； ④自放电率小，每月放电不超过10%，不到Cd-Ni，MH-Ni电池的一半； ⑤放电时间长、循环性能好、使用寿命长，可达1200次； ⑥充电效率高，可达100%，而且可快速充电； ⑦没有环境污染，称为“绿色电池” ⑵缺点 ①成本高，主要是正极活性材料价格高； ②必须有特殊保护电路，以防过充电； ③与普通电池的相容性差，一般要在3节普通电池的情况下才能用锂离子电池代替。 二、工作原理 以石墨负极和LiCoO2正极为例： 充电反应为： 正极 : 负极: 电池反应: 在充电过程中，锂离子从正极脱嵌，而嵌入负极，即锂离子从高浓度正极向低浓度负极的迁移过程；放电过程类似。 三、正极材料 主要有： 氧化钴锂正极材料、氧化镍锂正极材料、氧化锰锂正极材料、钒氧化物正极材料等 通过掺杂其它元素、改进制备工艺等材料改性手段可以有效的提高脱嵌相的稳定性，提高可逆容量和抑制容量衰减。 四、负极材料 五、聚合物电解质材料(来自《高能化学电源》) 聚氧化乙烯类（PEO） PEO在20世纪80年代开始作为电解质基体应用于电池中，其主要特点是：玻璃转化温度低和无定形相含量高。 PEO的离子导电机理：离子通过PEO的局部松弛和链段的运动实现快速迁移，该迁移主要发生在无定形相中。 通常的改性方法：共聚、交联、掺杂盐、加增塑剂和无机填料。 聚丙烯腈(PAN） PAN基电解质的研究始于1975年。 其优点是： 合成简单 性能稳定 热稳定性高 不易燃烧 缺点：离子电导率较低；但可以通过以下手段对其凝胶电解质进行改进： 选择合适的非水溶剂，如：用EC/DMC或EC/DEC混合溶剂代替PC/EC，可以避免PC的分解进而提高电导率； 改善基体，通过共聚等方法可以减少聚丙烯腈的结晶性； 加入添加剂，如：加入三氧化二铝增塑后其室温电导率达0.23ms/cm； 减少凝胶中的杂质 提高电解质的均匀性 聚甲基丙烯酸酯（PMMA） PMMA为非晶态高分子化合物，透明性好，1985年开始用于锂离子电池。PMMA系凝胶电解质的特点是与金属锂电极的界面电阻低；通过共聚可以得到离子电导率、机械强度和化学稳定性都较高的聚合物电解质； 几种必威体育精装版的聚合物电解质 聚合物电解质研究趋势（来自陈光主编〈新材料概论〉） 聚合物电解质存在着电导性与力学性能的矛盾，以及常温电导率不高、稳定性不好的问题。可以预测，今后几年聚合物电解质技术的研究将主要集中在： 解决电导性与力学性能的矛盾； 从分子水平上阐述聚合物电解质的结构与导电机制的关系； 聚合物超离子导体； 聚合物单离子导体。 ② 电动汽车： 具有以下优点： ⅰ.低污染排放； ⅱ.低噪声、无废热； ⅲ.提高能源利用率； ⅳ.减缓能源危机； ⅴ.不会产生内燃机油污，耗油率为“零”； ⅵ.寿命长（大于10年），维护费用低，直接传动而驾驶平稳且无歇停振动现象等； ⑶ 在军事上的应用： 美国军用锂离子电池的技术指标为：工作电压为4.0V，比能量为90w·h/kg，功率密度为40w/kg，工作温度为：-20~55℃。 （The design of electrolytes,i.e.ionic conductors and electronic insulators, using crystalline solids, polymers, or composites consistin