锂电池的历史.doc

锂电池的历史1981年发表了第一个锂离子电池方面的专利。八十年代末，SONY公司利用此发现制成了LIB。实验室制成的第一只18650型锂离子电池容量仅为600mAh。1992年，SONY公司开始大规模生产民用锂离子电池。1998年方型锂离子电池大量投放市场，占据了市场较大份额。1999年国内锂离子电池开始大批量生产2002年国产锂离子电池占据了国内主导市场聚合物锂离子电池技术开发背景1:电池形状限制电子产品的外形设计 2电子产品内部空间有限工艺-层叠 工艺-针刺:电池材料层叠好后，每一个小孔都被电池隔膜所覆盖工艺-高分子膜:在针刺之后，电极上所有的小孔都开放了。这时我们分别在两个单层正极的外表面放上一片高分子膜。工艺-铆接技术-塑料铆钉 冷却后硬化了的高分子材料在小孔中形成一个个的塑料铆钉。这些塑料铆钉将电池材料紧密的结合起来，形成一个非常稳定的结构。锂离子电池的特点 1塑料铆钉使得电池具有十分稳定的结构，循环600次后电池厚度增长平均为0.5%。2使用铝塑膜软包装，锂离子电池具有较高的质量比能量。相同容量的18650电池和本技术电池包装材料的质量分别为，金属筒: 6.9 g 本技术 : 1.9 g3可以使用各种用于锂离子电池的材料，如液态电解液或聚合物电解液4利用该技术可以生产出各种不同尺寸和形状的锂离子电池。锂离子电池不同的尺寸和形状:电池厚度：0.47毫米 电池容量：0.012.9安时 技术合作的可能: 如前所述，该技术的最大特点就是可以生产各种不同尺寸、形状的电池。我们因而十分关注各种类电子产品对电池需求的变化与发展。我们注意到，这些年来，各种厂商对非常规尺寸的锂离子电池的兴趣与需求不断增长。这里说的非常规电池主要指，超薄超小型（容量1mAh，可用于RFID等领域），不规则外形（这主要来自产品的人体工程学设计方面的需求），柔性电池（flexible Li-ion battery）等。在我们的工作中，不断有各种不同类型的企业（不仅仅是电子类公司）和我们接触，寻求获取上述电池的可能性。可以预见，这将是一个很有发展潜力的市场。据我所知，国内的电池生产厂家目前所涉足的基本是常规电池市场。我们不清楚中国的电池生产商是否有兴趣进入非常规的锂离子电池市场。如果有这方面的计划，我们相信该技术是一个很好的选择。我们将十分愿意同中国的电池生产企业展开这方面的技术合作电池的性能充放电（容量）测试、高低温性能、循环性能安全性能项目 试验条件 新电池循环后电池电特性 短路 外短路 无异常无异常 过充电 1C, 12V(max) 无异常无异常 异常电流充电 6C, 12V(max) 无异常无异常力学性能针刺 刺破短路 无异常无异常 挤压压至短路 无异常无异常 振动 振幅0.88mm, 10Hz-55Hz1Hz/min, 90min无异常无异常 落下 1.9m, 10次 无异常无异常热特性 箱内加热 150, 保持10min 无异常无异常 焚烧 置于火焰上 起火起火（）复合金属陶瓷阳极的热膨胀阳极的热膨胀系数随组成不同而发生改变。随着含量的增加，的热膨胀系数增大。严重的热膨胀系数不匹配会在电池内部引起较大的应力，造成电池组件的碎裂和分层剥离。可通过在电解质中掺入添加剂的方法降低应力。（）粉体的合成固相反应法的过程：首先将各种氧化物按化学计量比混合均匀，然后在高温下焙烧足够的时间，研磨后制的粉末。液相反应法的过程：首先按将化学计量比配制（）（）和（）的混合溶液，然后往混合溶液中加入柠檬酸和聚乙烯醇；将溶液中的水分蒸发至形成透明的无定形树脂；继续加热使树脂分解即可制成复合氧化物的前躯体；将前躯体在一定的温度下焙烧，即可制的具有钙钛矿结构的超细粉。（）的结构和离子构成八面体结构，而八个通过共用离子分布于立方体的八个顶点上。离子位于立方体的中心。YSZ 的化学稳定性和热膨胀系数在的操作温度范围内，不与其它电池材料发生化学反应。在高温下，与发生反应，在界面处生成不导电相。必须将这种反应降至最低，以免造成电池性能的下降。未掺杂的在温度范围内的热膨胀系数为（）掺杂的通常具有较高的热膨胀系数 的机械性能在室温下的弯曲强度为，断裂韧性为在的研究与开发过程中，迫切需要提高电解质材料的强度和韧性，采用最多的方法是在中掺入一种或几种其它氧化物LSG 的合成电解质材料的合成通常采用高温固相反应法。按化学计量比将和掺杂剂 混合均匀，在焙烧，将得到的粉料重新研磨，将粉料在下焙烧，即获得烧结体；将烧结体在研钵内加入乙醇研磨，即可获得粉料。的合成还可采用“氨基乙酸硝酸盐”燃烧法，柠檬酸法的结构具有扭曲的钙钛矿结构，倾斜的八面体位于正六面体的八个顶点上，位于正六面体的中心，组成正交结构的晶胞。的热膨胀系数的热膨胀系数随着掺杂量的增大而增大，增大浓度与其中的氧空位浓度呈正比。因在发生正交到斜方晶系的物相结构转变而产生大的收缩。通过掺杂和，可将收缩降至很低。的机械性能室温下，的弯曲强度随掺杂量的增加而降低，因为的离子半径为，而的离子半径仅为，这种离子半径差异会导致晶胞参数的增大，进而造成机械强度的下降。SOFC研究前景经过几十年的研究,SOFC技术已经取得了很大的进步,但仍然有许多关键性的问题需要解决。首先是降低SOFC的工作温度,这就要求制备薄且致密的电解质以降低电池的内阻,并开发中低温下电导率高的新型材料。其次是开发与电解质相匹配且电子和离子电导率高的新型电极,目前主要的研究工作是改进制备工艺和对已有电极材料进行掺杂改性,或开发新的材料体系。再者为了使低成本的碳氢燃料得到广泛的应用,解决积碳问题也是非常重要的方面。通过对已有的阳极材料进行稀土元素的掺杂已取得了一定的成果,但仍需进一步的研究。染料敏化太阳电池染料敏化电池 1利用与叶绿素进行光感应电子移动机理类似的电子移动方式的发电装置进行发电 2模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池 将纳米二氧化钛烧结在导电玻璃上，再将光敏染料镶嵌在多孔纳米二氧化钛表面形成工作电极，在工作电极和对电极（通常为担载了催化量铂或者碳的导电玻璃）之间是含有氧化还原物质对(常用I2和I-)的液体电解质，它浸入纳米二氧化钛的孔穴与光敏染料接触。在入射光的照射下，镶嵌在纳米二氧化钛表面的光敏染料吸收光子，跃迁到激发态，然后向二氧化钛的导带注入电子，染料成为氧化态的正离子，电子通过外电路形成电流到对电极，染料正离子接受电解质溶液中还原剂的电子，还原为最初染料，而电解质中的氧化剂扩散到对电极得到电子而使还原剂得到再生，形成一个完整的循环 高性能的敏化剂需要具有以下特点：(1) 能紧密吸附在TiO2表面，要求染料分子中含有羧基、羟基等极性基团； (2) 对可见光的吸收性能好，在整个太阳光光谱范围内都应有较强的吸收； (3) 染料分子应该具有比电解质中的氧化还原电对更正的氧化还原电势； (4) 染料在长期光照下具有良好的化学稳定性，能够完成108次循环反应(5) 染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性；(6)激发态能级与TiO2导带能级匹配，激发态的能级高于TiO2导带能级，保证电子的快速注入； (7) 染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。金属钌（Ru）的联吡啶配合物系列、金属锇（Os）的联吡啶配合物系列、酞菁和菁类系列、卟啉系列、叶绿素及其衍生物等都可作为光敏化染料。染料敏化太阳电池的制作主要分为五个步骤第一步：二氧化钛膜的制备 第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色第三步：制作反电极第四步：组装电池 第五步：注入电解质 第一步：二氧化钛膜的制备 二氧化钛的制备有两种方法： 一种方法是：称取适量二氧化钛粉(Degussa P25) 放入研钵中，一边研磨，一边逐渐加入硝酸或乙酸(pH 值为3 4) ，研磨均匀。 另一种方法是：取适量二氧化钛粉，加入乙酰丙酮水溶液，然后边研磨边逐渐加入水使之研磨均匀。二氧化钛浆料制备 待二氧化钛薄膜自然凉干后，再撕去胶带，放入炉中，在450下保温半小时。可选用电热枪或管式炉，也可用酒精灯或天然气灯在有支撑下加热10min。然后让其自然冷却至室温，储存备用。 烧结后得到二氧化钛膜。其类似于类囊体膜，呈多孔状，多孔膜有利于吸收太阳光和收集电子。第二步：利用天然染料把二氧化钛膜着色 在新鲜的或冰冻的黑莓、山莓和石榴籽上滴34滴水，再进行挤压、过滤，即可得到我们所需要的初始染料溶液；也可以把TiO2 膜直接放在已滴过水并挤压过的浆果上，或在室温下把TiO2膜浸泡在红茶(木槿属植物) 溶液中。有些水果和叶子也可以用于着色。如果着色后的电极不立即用，必须把它存放在丙酮和脱植基的叶绿素混合溶液中。第三步：制作反电极电池既需要光阳极，又要一个对电极才能工作。对电极又叫反电极。 取与正电极相同大小的导电玻璃，利用万用表判断玻璃的导电面（利用手指也可以作出判断，导电面较为粗糙）。把非导电面标上+，然后石墨棒或软铅笔在整个反电极的导电面上涂上一层碳膜。这层碳膜主要对I-和I3-起催化剂的作用。整个面无需掩盖和贴胶带。因而整个面都可以涂上一层催化剂。可以通过把碳膜在450下烧结几分钟来延长电极的使用寿命。电极必须用乙醇清洗，并烘干。也可以利用化学方法沉积一层通明的、致密的铂层来代替碳层作为反电极。第四步：组装电池小心地把着色后的电极从溶液中取出，并用水清洗。烘干之前再用乙醇或异丙醇清洗一下，以确保将着色后的多孔TiO2膜中的水份除去。把烘干后的电极的着色膜面朝上放在桌上，再把涂有催化剂的反电极放在上面，把两片玻璃稍微错开，以便于利用未涂有TiO2的电极部分和反电极作为电池的测试用。第五步：注入电解质用两个夹子把电池夹住，再滴入两滴含碘和碘离子的电解质溶液，由于毛细管原理，电解质很快在两个电极间均匀扩散。2、 解决能源危机的办法新能源的开发利用与节能） 1、新能源的开发利用（开源） 2、节能（节流）太阳能资源的优点1、总量最大 取之不尽，用之不竭 2、分布最广遍布世界各地，可免费使用，又无需运输3、最清洁 无任何污染及废弃物缺点：1、能量密度低（1kW/m2）2、 是其强度受各种因素影响（季节、地点、气候等）直接利用太阳能的方式1、光热转换 原理：利用太阳辐射能加热物体而获得热能应用：太阳能热水器 反射式太阳灶 高温太阳炉 地膜、大棚、温室2、光电转换将太阳能用于发电（1）光热电转换（2）光电直接转换原理：根据光电效应，利用通过太阳能电池（光电材料做成）将太阳辐射能直接转化为电能应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品并网发电3、光化学能转换应用(1)暖袋用于调节室温原理：当白天温度较高或受日光照射时分解吸热，可以起到降温作用。晚上没有日光或者温度低时重新化合放热，起到升温作用。选择内装晶体的原则：分解温度要适中热效应明显，价格便宜芒硝 (2)光解水利用太阳能和催化剂将水分解制氢气。 （2）核能的开发利用 核电站的工作原理：原子核是由带正电的质子与不带电的中子组成的，质子与中子统称为核子。一般情况下，原子核为什么如此稳定，就是因为核子之间存在着强大的核力。要使原子核分裂或者重新组合相当困难，但是，一旦原子核分裂成新的原子核与其它粒子了，或者原子核与核子聚合成新的原子核与其它粒子了，都会产生巨大的能量， 这种能量就称为核能，俗称“原子能”。前者的变化过程称为“裂变”，后者的变化过程称为“聚变”。而且，聚变时产生的能量要比裂变时产生的能量大得多（就像氢弹爆炸时释放的能量要比原子弹爆炸时的能量大得多);但是，聚变过程也更难控制。目前正常运行的核电站都是属于裂变核电站。特别要指出的是，正在建设中的核电站大多采用的是第三代核技术，技术含金量高，效率与安全系数也高； 核电站的优点与不足 1）核电站的优点 a) 核能发电不像化石燃料发电那 样排放巨量的污染物质到大气中,因此核能发电不会造成空气污染, 不会产生加重地球温室效应的二氧化碳； b) 核能发电所使用的是铀燃料，而 全球铀的蕴藏量相当丰富； c) 核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体 积小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀燃料，一 航次的飞机就可以完成运送； d) 核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较核能发电的成本较不易受到国际经济 情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。 2）核电站缺点: a) 核能电厂会产生高低阶放射性废 料，或者是使用过之核燃料，虽 然所占体积不大，但因具有放射线，故必须慎重处理，且需面对大的政治困扰 b) 核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重 c) 核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高； d) 核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果设计不合理或操作不当而造成核泄漏事故，会对生态及民众造成伤害甚至严重伤害。前苏联的切尔诺贝利核电站1986年4月的核泄漏事故对周边地区的生态环境造成了相当严重的影响。 （3）风能的开发利用 风能是利用空气强烈的流动而形成的动能。严格说来，他是间接形式的太阳能，占到达地面太阳能的2%左右。虽然百分比不大，但绝对量可观，相当于10300亿吨煤蕴藏的能量。 风能的利用分两种： 风能的动力利用利用风力作为动力，直接带动各类机械系统。例如，风帆； 风能的发电利用 利用风力带动发电机发电。例如 风力发电机。风力发电机的优点是明显的：成 本低，污染少；但是缺点也是明显的：风力不稳定，受季节性影响大，储存与传输难等。 （4）海洋能的开发利用 海洋能包括潮汐能、波浪能、 海流能和海水温差能。 海洋潮汐能来源于月亮与太阳对地球海水的的吸引力以及地球的自转引起海水会周期性地作有节的垂直涨落的现象。据统计，全球海洋潮汐能的储藏量在27亿千瓦左右，每年的发电量可达 33480亿 （5）地热能的开发利用 地球是一个巨大的热库，通过火山爆发和温泉等途径将内部的热量 地热能不断地输送到地面。 据估计，每年输送到地面的热能相当于燃烧370亿吨煤释放的能量，数量相