稀土锂电池特点课件.ppt

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资源描述

1、主要内容 1、稀土锂电池原理 2、稀土锂电池与传统电池性能比较 3、国内外有关稀土锂电池的专利申请 4、稀土锂电池研发强力单位(TOP10) 5、稀土锂电池生产强力单位(TOP10) 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。 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

2、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:Li+ + 6C + e LiC6 LiMO2 MO2 + Li+ + e 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。 由于稀土原子半径较大

3、,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。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。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

4、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。 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: 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

5、的电化学循环可逆性,延长了电池寿命。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:国外近三十年来公开发表专利的数量变化: 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。稀土锂电池研发强力单位各单位申请专利数量的对比 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、SUMITOMO OSAKA CEM

6、ENT CO LTD 2、Suwon-si, KR 3、Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd 4、NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL & 5、SANTOKU CORP 6、TECHNOLOGY 7、HITACHI LTD 8、Samsung Sdi Co Ltd 9、Automotive Technologies International Inc 10、Matsushita Electric Industrial Co Ltd全球稀土锂电池生产强力公司:日本: 三洋电机 索尼公司 松下公司韩国: 三星SDI公司 LG化学公司 澳大利亚: A123systems 公司中国: BYD公司以及Duracell公司英国: AGM Batteries Ltd 公司美国: GlobTek,Inc公司注释: 由于时间匆忙,以及收索信息的能力不足,得到的数据可能有一定的出入。另外,有些数据是通过浏览某些网页得到,依据性不是很强。在今后的学习当中会加倍努力。这次不足之处,还望老师谅解!

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