稀土锂电池特点.ppt

关于稀土锂电池特点稀土锂电池原理传统锂电池锂是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。但由于锂金属的化学性质活泼，使其加工、保存、使用时对环境要求严格。因此其应用用受到极大限制。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂，只有锂离子，因此称为锂离子电池，简称锂电池。第2页,共19页，星期六，2024年，5月锂电池的正极材料通常是有锂的活性化合物组成，负极是具有特殊分子结构的碳。充电时，加在电极两侧的电势迫使正极的化合物释放出锂离子，嵌入负极分子排列呈片状结构的碳中。放电时，锂离子从层片状谈结构中析出，重新和正极的化合物结合，电子在外电路流过，产生电流。原理图如下：第3页,共19页，星期六，2024年，5月Li++6C+eLiC6LiMO2MO2+Li++e第4页,共19页，星期六，2024年，5月锂电池的发展主要是由于正极材料的更新。正极材料由最初的金属锂到LiCoO2，而现在最有可能替代LiCoO2的LiMn2O4。然而当前最具有发展潜力的是稀土锂电池。所谓稀土锂电池就是在原锂电池正极材料中参杂稀土元素，如参杂在LiCoO2中可以形成LiCoReO2化合物。参杂的稀土元素不改变原材料的晶体结构，只改变其晶格常数C。第5页,共19页，星期六，2024年，5月由于稀土原子半径较大，会使C增加，即意味着层间距变大，那么也就具有更快的Li+嵌入和迁出能力，更优异的充放电稳定性。另外，稀土的加入，会使结晶更完整，颗粒更均匀。Li+迁出后，夹层之间的静电斥力增加，因此提高O-Co-O层的极化力有利于层结构的稳定。徐光宪认为阳离子对阴离子的极化能力和电荷的平方成正比，半径成反比。因此选择电荷高、离子半径小、极化能力强的离子能提高正极材料的电化学性能。第6页,共19页，星期六，2024年，5月稀土金属电荷比较高，由于具有d层或f层电子，其极化率也很强。但相比只有铈的电荷半径比较大。这也是稀土元素得到广泛应用的原因之一。下图是部分稀土元素的物理性质。第7页,共19页，星期六，2024年，5月锂电池性能优点：1、比能量高，开发潜力大。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg。2、使用寿命长，平均寿命可达到6年以上。3、自放电率很低。目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20。4、绿色环保。不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。5、工作温度范围宽，可以在-20℃-60℃的环境下使用。第8页,共19页，星期六，2024年，5月6、额定电压高（单体工作电压为3.7V），约等于3只镍镉充电电池的串联电压。7、无记忆效应。记忆效应是电池电未用完充电时容量下降。传统电池记忆效应很严重。稀土锂电池相对于一般锂电池又具有如下优点：第9页,共19页，星期六，2024年，5月由于稀土元素的加入，充电稳定性提高。同时保证了材料的结构稳定性,改善和提高了循环性能。稀土元素在扩充了锂离子迁移的三维通道，有效提高了材料的电化学循环可逆性，延长了电池寿命。第10页,共19页，星期六，2024年，5月稀土锂电池国内外专利对比近三十年来中国公开发表的专利：第11页,共19页，星期六，2024年，5月国外近三十年来公开发表专利的数量变化：第12页,共19页，星期六，2024年，5月近三十年来，中国公开发表专利总共有七项，到目前为止有效专利只有三项。在这期间，国外发表的有关稀土锂电池的专利有101项，其中美国有40项，日本有55项，世界专利有5项。从上表可以看出，各个国家都在加强对稀土锂电池的研究。中国虽然在进步，但和日本与美国仍有很大差距；很多主要专利被日本和美国垄断。第13页,共19页，星期六，2024年，5月稀土锂电池研发强力单位各单位申请专利数量的对比第14页,共19页，星期六，2024年，5月通过分析各个研发机构申请专利的数量，来比较其研发能力。下面是研发能力较强的单位：1、SUMITOMOOSAKACEMENTCOLTD2、Suwon-si,KR3、SemiconductorEnergyLaboratoryCo.Ltd4、NATIONALINSTITUTEOFADVANCEDINDUSTRIALamp5、SANTOKUCORP第15页,共19页，星期六，2024年，5月6、TECHNOLOGY7、HITACHILTD8、SamsungSdiCoLtd9、AutomotiveTechnologiesInternati