电池新材料

电池新材料（共12篇）

电池新材料 篇1

先进电池是指锂离子蓄电池和镍氢蓄电池及燃料电池。对于锂离子电池进行研究和探讨的论文和刊物每年都有很多, 其中绝大部分都是和新型材料技术相关的产品, 这些新型材料都是通过特殊的化学方法和工艺制作出来的, 所以说材料化学在这一领域中的重要作用。

1 质子燃料电池的地位正在受到固体氧化物燃料电池的冲击

质子燃料电池是未来的汽车行业动力电源的主要来源, 有着非常好的发展前景和技术基础。这项技术在1960年美国就应用到了航空航天事业中, 到90年代初就可以达到汽车用电的使用标准。但是这项技术到现在也没有被批量生产进行市场化, 是因为生产这种产品所需要一种原材料就是铂。通过科学家们的不断努力和研究, 这项技术有了进一步的发展, 从原来铂的使用量4mg/cm2降低到1mg, 后来又降低到0.1mg。即使科学技术发展如此迅速, 但如果真要对其批量生产的话, 每一辆汽车所需要的铂的用量就是8mg。据统计, 全世界的铂元素的储备量仅有大约几十吨, 现在汽车的数量不计其数, 这样来看, 铂元素就太少了。这一点就提醒人们要进行新型材料和技术的研究, 不使用铂元素。当前储氢材料主要有AB5或AB2, 纳米碳储氢量达到了8%, 而储氢量仅有2%。就算应用纳米碳, 所携带8kg的氢气就要附带90kg左右的储氢材料, 这还没有算上外壳的重量。

质子燃料电池的工作温度在80℃, 固体氧化物电池的工作温度通常在1 000℃以上。通过这几年的研究和发展, 工作温度有原来的1 000℃降到了800℃, 现在又出现了新型的固体氧化物电解质, 名称为SDC电解质, 它所配置的燃料电池不需要使用贵重的金属来当催化剂的材料, 可以直接使用碳氢化合物当燃料。所以说固体氧化物燃料电池的发展前景相对来说更加的好, 对于聚合物电解质电池确实提出了挑战。

2 锂离子蓄电池的不断更新和发展

锂离子蓄电池在众多电池种类中脱颖而出, 它的发展历史可以说是具有一定的传奇色彩。在其发展的过程中出现了Li Co O2, 锂离子电池转变成为能够充电的充电电池, 由于这种元素的出现直接改变了锂离子电池的命运, 但是在被投入使用中才发现, 由于其在充放电的过程当中电流的分布非常不均匀, 特别容易造成锂金属表面结晶, 导致这种能够反复充电使用的电池使用寿命较短。上个世纪90年代初, 日本人发明了碳储锂材料, 使锂离子电池转变成为锂离子蓄电池, 层状材料时锂离子蓄电池的基础。后来在使用的过程中又发现Li Co O2在充电和放电的过程当中体积会逐渐的变化, 与负极材料同时发生收缩和膨胀, 后来就又研制出了Li Mn2O4材料, 该材料能够在层状炭发生膨胀时进行收缩。但是它的缺点是容量没有Li Co O2这种材料大, 但价格比较便宜。

还有一种材料就是Li NiXCo1-xO2, 因为镍的价格比较便宜, 但是容量比Li Co O2要大出20%以上。这种材料也存在着一定的问题, 这种材料在使用化学工艺进行合成时, 控制难度大, 合成工艺复杂, 出来的产品质量不够稳定, 在充电高出电压范围时, 它能够催化电解质。对于这些问题也出现了解决的办法。最新和合成制作工艺就是使用控制结晶法, 首先合成NiXCo1-x (OH) 2的前身, 在应用固相反应法来进行Li NiXCo1-xO2的合成。容量能够稳定在180m Ah/g之上。后序在进行表面的修饰, 该产品的性能非常稳定。聚合物离子电池的问世轰动了全世界。通过物理方法能够直接制备出纳米合金, 比如等离子溅射法, 这种工艺本质是把金属转化成蒸汽然后进行冷却再形成固体, 所消耗资源和损失都非常大。应用电化学法与机械学方法, 就是在接近常温的环境之下, 所合成的金属间的化合物。为了防止结晶现象的产生, 对金属物体表面的处理要特别注意, 是非常关键的工序。

3 材料化学的形成和兴起

把多种多样的电池材料进行总结和归纳, 大概分成以下几大类:

1) 氧化物, 包含镍氢蓄电池和锂离子蓄电池的正极材料等, 锂离子蓄电池氧化物负极材料与固体氧化物电解质, 固体氧化物电池催化电极材料也都包含在内, 这类型的氧化物的晶体结构要求非常的严格, 植被合成方法工艺上也都有共同点。

2) 碳素材料, 包含锂离子蓄电池负极材料, 硬碳和相微球碳, 超级电容器中的纳米碳管, 纳米碳管能够储氢材料, 在未来很可能成为储氢技术领域的非常重要的材料。上述的这些材料, 它们的化学成分都是碳, 还有他们的化学改性工艺上也有着很多的相同之处。

3) 合金材料, 所说的就是镍氢蓄电池负极材料的储氢合金与锂离子蓄电池负极材料锡系的合金材料, 后者所说的锡合金本质是一种储锂合金, 合金材料形成金属氰化物, 而锡合金则和锂形成了金属间的化合物, 后者应该说是前者的继承人, 因为在后者的发展中, 都对前者在制备方法工艺, 晶体结构, 掺杂原则和化学改性等方面进行了学习和参考, 为后者的发展提供了良好的基础和丰富经验。

4) 聚合物材料, 调整包含了质子燃料电池中所使用的质子交换膜和超级电容器之内所使用的聚合物电解质材料及锂离子电池之中的聚合物电解质。在铅酸电池和镍氢电池之中所使用的隔膜都要进行化学改性, 但这项技术和专业就属于高分子物理与高分子化学的研究范畴了。

4 总结

我国在90年代初期开始进行研究镍氢蓄电池, 燃料电池和锂离子蓄电池方面的工作, 肩负着我国973计划和863计划的艰巨任务, 通过不断的研究和努力取得了一定的成果。与此同时也对该专业人才的培养非常重视, 在全国各高等院校当中, 开设了研究生课程《材料化学》, 并进行了一揽子的基础理论的研究, 为建立材料化学专业提供有力的理论依据, 为我国材料化学方向培养出高精尖的素质型人才。

电池新材料 篇2

一、锂电池材料组成

正极材料 负极材料 隔膜 电解液 锂电池

正极材料、负极材料、隔膜、电解液是锂电池最主要的原材料，占整个材料成本近80%。

二、锂电池材料介绍 1．正极材料 1)正极材料分类及对比正极材料包括钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、镍钴锰三元材料（NMC）、磷酸铁锂（LFP）等。

1)正极材料行业现状

LCO最早实现商业化应用，技术发展至今已经比较成熟，并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上，如手机、笔记本电脑、数码电子产品等。LCO的国产化已经接近十年，自2004年以来市场发展很快，2006年至今年平均增幅25%左右；据了解，目前国内锂电池企业的正极材料国产化近90%，供求关系比较稳定，从行业生命周期看，LCO市场经过近几年的高速发展，即将进入稳定期。目前，国内LCO生产企业主要有湖南杉杉、湖南瑞翔、国安盟固利、北京当升等。LMO主要作为LCO的替代产品，优点是锰资源丰富，价格便宜，安全性高，但其最大的缺点是容量低，循环性能不佳，这也是限制LMO发展的主要原因，目前通过掺杂等方法提高51电池网专业的电池商务平台

其性能。LMO应用范围较广，不仅可用于手机、数码等小型电池，也是目前动力电池主要选择材料之一，与LFP在动力电池领域形成竞争态势。国内LMO生产企业包括湖南杉杉、国安盟固利、青岛乾运、深圳源源等。NMC，即三元材料，融合了LCO和LMO的优点，在小型低功率电池和大功率动力电池上都有应用。主要厂家包括深圳天骄、河南思维等。LFP是被认为最适合用于动力电池的正极材料，具有高稳定性，安全性，现已成为各国、各企业竞相研究的热点。慧聪邓白氏认为，目前，国内宣称可以生产LFP的企业很多，全国LFP产能规模近6,000吨，但实际量产数远低于产能数，主要原因在于技术性能仍达不到锂电池厂家的要求，并且LFP专利的国际纠纷仍然影响了其在国内的发展。目前，主要厂家包括天津斯特兰、北大先行等。2．负极材料 国内应用的负极材料主要包括人造石墨、天然石墨、CMS（中间相炭微球）、钛酸锂等，其中人造石墨分为人造石墨和复合人造石墨等，天然石墨分为天然石墨、改性天然石墨等。近几年负极材料行业发展迅速，国内企业增长较快，2008年全国负极材料实际供货量近9,000吨，同比增长41。目前，负极材料仍然以人造石墨与天然石墨为主，石墨材料在整个负极材料中占85%左右；其次是CMS。负极材料厂家包括深圳贝特瑞、上海杉杉、长沙海容等。

3．隔膜

随着国内锂电池生产规模扩大，对隔膜的需求也年年上升，自2006年来，整体隔膜市场容量年增幅均在30%左右。自2006、2007年多个国内隔膜企业投产以来，国产隔膜供应量显著上升，但目前国内锂电池厂家所用隔膜绝大部分来源于进口，如日本Asahi、UBE、美国Celgard等。相对进口隔膜，国产隔膜价格便宜，并且方51电池网专业的电池商务平台

便锂电池厂商就近取材，但目前国产隔膜性能不佳，主要仍用于手机、数码等锂电池。国内隔膜厂家包括金辉高科、星源材质、新乡格瑞恩等。4．电解液 自2006年以来，国内电解液市场发展较快，锂电池厂商电解液基本实现国产化，进口较少。经过几年的发展，电解液企业基本完成了产能释放，其上游锂电池行业的需求也比较稳定，整个电解液行业的发展进入暂时的稳定期。国内电解液厂家包括张家港国泰华荣、东莞杉杉、新宙邦、天津金牛、广州天赐等。电解液核心原材料为LiPF6，由于生产技术难度较高，目前被森田化学等几家日本企业垄断。本文作者介绍：沈伟，慧聪邓白氏研究 工业品事业部 研究员，负责机械及锂电池领域研究工作。石油大学（华东）工学学士，上海大学经济学硕士，拥有4年市场研究经验。服务过众多产品的内外资企业，如通用机械、工程机械、锂电池、化工等行业的几十家客户。客户包括住友商社、日立、施耐德、德国德固赛、美国ITW等。

中国锂电池高端市场全球份额在减少

3月23日至25日,中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙今日表示,动力电池市场未来需求巨大,但中国锂电池企业在全球高端市场份额在减少,竞争力减弱,值得中国电池企业高度重视。

刘彦龙介绍,2010年我国电池行业的销售收入超过2630亿元,化学电池的产量超过350亿只,出口量超过245亿只,出口额81亿美元;太阳电池产量超过8000MW,太阳电池出口量7500MW,太阳电池出口额超过200亿美元。

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刘彦龙建议,中国电池企业应加强技术创新,努力提高中国锂离子电池产品的品质,提高产品的一致性,提高动力电池系统集成开发能力。他认为,中国锂离子电池在动力电池领域,如电动自行车、城市电动公交、家用电动汽车等领域可获得突破。此外,应努力扩大笔记本和电动工具领域中国产品的市场份额。

由中国社会科学院、中国产业与企业竞争力研究中心、中国社会科学院中非投资与合作促进中心共同主办的“2011年中国国际镍钴高峰论坛暨最具竞争力镍钴企业颁奖盛典”在浙江省上虞市举行,上述观点,正是刘彦龙在参会时做出的

进军国际的中国锂电池隔膜材料的新星-----深圳星源材质科技

股份有限公司

进军国际的中国锂电池隔膜材料的新星-----深圳星源材质科技股份有限公司

一直以来，在中国的锂电池产业界一直存在着这样的看法，即锂电池的关键材料中，隔膜是技术壁垒最高、由国外企业垄断的环节，其高价格与采购困难也一直是长期困扰国内锂电池企业的一个难题。今年规模与国际影响最大的电池展会“第二届日本国际二次电池展battery Japan”于3月4日在东京落幕，国内锂电池隔膜制造企业深圳市星源材质科技股份有限公司的参展亮相获得了格外关注。做为本土的隔膜制造厂商星源材质经过多年的市场开拓与技术沉淀，终于破茧成蝶，成为第一个敢于在国际舞台上展示自己的中国隔膜制造企业，向全世界展现中国企业在锂电池隔膜领域取得的长足进步与成就。

在展会期间，包括索尼、松下、三洋、LG、三星、A123等国外锂电池技术领先企业代表均亲临星源材质的展台参观，在详尽了解星源材质的企业规模、产品质量与发展规划后都表示了极大地认可：星源材质的隔膜材料同海外隔膜企业的产品在性能上达到同一水平，甚至在个别指标如抗穿刺强度、高温稳定性上已经取得了突破领先，更加适合于大容量高安全性的动力锂离子电池的应用。其中松下、三洋、LG等企业更是现场即确定索取相应规格的样品开始进行性能测试，展开合作的第一阶段。而美国A123在该次展会之前就已经开始了对星源材质隔膜产品进行测试。

同时长期以来锂电池隔膜行业的垄断巨头（处于垄断地位的）旭化成、东燃、Celgard等也对星源材质的展出给予了极大地重视并感到了巨大的压力。种种迹象表明，长期困扰中国锂电池产业发展的关键材料环节不仅在国内取得了对海外垄断的突破，并且站上国际竞争舞台的大幕已经拉开。

星源材质的发展一直十分稳健，去年在深圳市光明新区的华南制造基地顺利试产之后，产能极大地提高，但是对市场的供应仍然趋紧，因而产能的进一步扩大以满51电池网专业的电池商务平台

足市场需求仍然是星源材质近期的规划目标。

锂电池产业格局或生变

锂电池产业格局或生变

日前，成都牧甫公司和成都黄铭公司的董事长黄铭独创的“多溶剂液相法生产纳米磷酸铁锂工艺方法”获得了中国工程院、钢铁研究院、国家863计划课题组等权威部门的成果鉴定。

黄铭表示，这一科技成果突破有望使整个产业成本降低20%以上，并且使锂动力电池的使用寿命延长到5年以上，充电时间大幅缩短，同时能满足容量型和功率型的要求，其大规模产业化将改变世界锂动力电池、锂储能电池及相关应用行业格局。

技术取得突破

磷酸铁锂曾经被业界认为是实现我国新能源领域弯道超车的突破点。然而决定其容量的能量密度、大规模充放电性能一直是让业界困扰的矛盾，这给业界提出了不少现实问题。

近几年来我国掀起了一轮磷酸铁锂研究热，由于多数研究基于的是传统理论和工艺，每年数十亿的投入并未带来令人振奋的结果。

转型之痛似乎在暗示，磷酸铁锂已经走到了尽头，大多数行业专家和企业家甚至公开表示磷酸铁锂不可能成为主流动力电池正极材料，行业龙头企业和上市公司也纷纷将投资重心转向锰酸锂或三元材料。

黄铭独创的多溶剂液相法能够在常温常压下按需求将磷酸铁锂进行纯度控制，对锂源、铁源、磷源材料的纯度要求极低，使制造成本大幅下降。

目前已大批量生产出的纳米磷酸铁锂不仅各项参数稳定。公司在成都高新西区已形成年产600吨纳米磷酸铁锂的产能，设立在四川广汉经济开发区万吨级产业化的生产基地也将逐步量产，今年将形成3000吨的生产能力，并有望很快实现1万吨以上的产能。

产业格局生变

分析人士表示，不断提速的产业化进程将打破现有产业生态格局：首先，替代性优势有望使正极材料行业重新洗牌和整合，固相法和水热法等高成本制造路线面临淘汰;其次，由于对锂源材料纯度的要求大幅降低，上游碳酸锂行业将面临重新估值，原先依赖上游矿石纯度提升正极材料性能的格局即将被打破，工业级和电池级碳酸锂的纯度差异已不再是决定因素。

此外，下游相关产业的技术路线将面临重新选择，大量下游应用行业将在磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等技术路线之间重新选择，而磷酸铁锂的综合优势将使我国在锂动力领域占据重要地位。

上游行业方面，目前需求推动也导致碳酸锂价格近几年呈现总体上升态势，特别是电池级及以上纯度的碳酸锂价格高居不下，黄铭公司的这项技术将使上游原料价格进入一轮下降通道，相关的企业估值将被市场重新定位。

成都黄铭公司相关负责人表示，虽然公司的产品面临着供不应求的局面，甚至到了采取配额供应的紧张局面，但公司仍会以大幅低于其他正极材料产品的价格销售，为我国相关配套产业快速发展壮大营造难得的低成本优势。

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当升科技：国内最具竞争力的锂电正极材料生产商

目前，公司在国际前6大锂电巨头中拥有5家客户，也是全球唯一同时向中、日、韩高端锂电客户提供高品质锂电正极材料的供应商。

从技术水平、规模和质量控制三方面看，公司都是国内最具竞争力的锂电正极材料生产商。

2010年，公司锂电正极材料的销售量达到3894.37吨，同比增长高达57.27%。公司的这一销量处于全球第二，国内第一的位置。今明两年，随着扩建产能和募投项目产能陆续投产，公司的产能仍将维持50%以上的高速增长。

从盈利能力的角度看，受行业内的激烈竞争和原材料价格波动的双重影响，公司的盈利能力有所下降。2010年第三季度是年内盈利能力的最低点，净利润率只有2.84%。但是根据公司的业绩公告可测得公司2010年第四季度的净利润率已经回升到4.8%。公司盈利能力已经触底反弹。

公司正在积极开发锰酸锂和三元素等新品。其中，锰酸锂已经通过日本、韩国、美国等几家锂电企业的产品认证，并开始批量供货，多元材料处于国际大客户认证阶段，并取得了阶段性进展。公司锰酸锂产品的档次较高，价格在7.5万元左右。由此推测公司锰酸锂产品的毛利率应该在40%以上。随着新产品的逐步放量，公司产品结构单一，盈利能力偏低的局面将明显改善。

预计公司2010、2011、2012年的EPS分别为0.49、1.07和1.63元，对应2011年3月8日收盘价的市盈率分别为90.27、38.95和29.96倍，给予公司谨慎推荐评级。

风险：新增产能是否能顺利“消化”仍需观察；动力电池市场何时真正启动仍有不确定性。

问：锂电池板块后市如何？江特电机(002176)现在可否介入？

答：锂电池作为新能源汽车的主要动力电池，受益于国家大力推广新能源汽车的政策，此前受到了市场多次炒作。随着新能源汽车逐步步入产业化，锂电池板块也出现分化，有实质性题材的股票受到市场持续追捧，而只是具有概念的股票或是炒作过度的股票则受到了市场的冷落。1月26日以来，锂电池板块平均上涨了5.25%，涨幅超过10%的只有6只股票，涨得最多的江特电机（002176）涨幅高达63.4%，涨得最少的南都电源（300068）涨幅为-8.11%。因此，我们认为，锂电池板块已经不再是齐涨共跌，而是步入了个股行情，投资时需要慎重选择。在新能源汽车产业中，江特电机将最核心、最具竞争力的两块业务集于一身，即从锂矿到锂电池，从电机到新能源汽车电机，发展潜力较大，中长期看好。但是，该股今年以来涨幅较大，其除权后，股价虽在上涨，但大资金不断减持，显示出大资金已经产生分歧，建议短线观望为宜。

新能源汽车规划将出台 锂电池是未来重点

新能源汽车规划将出台 锂电池是未来重点

工信部部长苗圩：节能与新能源汽车规划有望上半年公布

对汽车行业人士来说，新能源汽车的问题始终是重点所在。在今年的全国“两会”上，节能与新能源汽车规划出台时间终于有了明确说法。工信部部长苗圩3月4日对媒体表示，节能与新能源汽车产业规划已上报国务院，并有望今年上半年公布。

自从去年以来，关于节能与新能源汽车规划问题就一直是行业关注的焦点话题，51电池网专业的电池商务平台

而新能源汽车发展规划的出台时间也一再推迟。

2010年10月18日，在《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中，将新能源汽车正式列入到了七大战略新兴行业。而每个战略新兴行业都要制定相应的发展细则。

上个月，一位参与节能与新能源汽车规划的业内专家向记者表示，之所以出台时间一再推迟，主要是规划涉及到了多个部委，不仅是汽车业的事，需要做大量协调。另外，国家将继续执行相关补贴政策，加强与新能源汽车相关的城市基础设施建设力度，扶持核心技术及关键零部件研发。

据上述专家透露，最终上报的节能与新能源汽车规划，与之前的征求意见稿可能差别不大，其中最主要的差别可能在于将2015年国内新能源汽车规模由50万辆提升至100万辆.工信部部长苗圩3月4日对媒体表示，《节能与新能源汽车产业规划》(下称：《规划》)已上报国务院，并有望在今年上半年公布。

知情人士表示，《规划》对如何推动动力电池、电机、电控等电动汽车产业链发展作出描述，预计将规定在新建的新能源汽车电池、电机、电控等关键总成和基础材料的合资企业里，中方股东持股比例不应低于50%，首次明确了持股比例问题。此次《规划》(草案)的制定，是国家对此新兴产业发展思路的确定，未来将发展节能与新能源汽车作为中国长期战略方向得到再次确认。

东方证券新能源行业分析师邹惠表示，新能源汽车产业链利润和投资机会主要集中在具有高技术壁垒的电池关键构件和三大核心部件系统环节。

锂电池 仍是未来发展重点

中信证券最新研究报告认为，在新能源汽车发展规划中，锂电池行业无疑是最重要，也最有发展潜力的板块。报告认为，未来电池产业中，锂电池将会得到快速发展。虽然，短期内镍氢电池仍是混合动力汽车的主流电池品种，磷酸铁锂电池将广泛应用于纯电动汽车与插电式混合动力汽车领域，但中长期来看，随着磷酸铁锂电池技术突破以及成本降低，锂电池有望进一步应用于混合动力汽车。

东方证券新能源分析师邹惠在接受记者采访时表示：“虽然国内锂电池产业化还有一段时间，但锂电池核心零部件的发展非常迅猛，受益政策的程度较大。锂电池中，正极材料主要是以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂为主。磷酸铁锂电池是目前看来最有可能应用于汽车的锂电池；磷酸铁锂电池和锰酸锂电池也有希望成为未来汽车的动力电池。锂电池关键材料我们相对看好佛塑股份、多氟多、江苏国泰、杉杉股份、佛山照明、南都电源、当升科技；锂电池及电池组相关上市公司，我们相对看好佛山照明、南都电源、万向钱潮、成飞集成等。”

华泰联合证券分析师周小明认为，未来5-10年电动汽车将逐渐走向成熟，电动汽车的推广将带动锂电池相关材料需求爆发性增长。作为刺激经济和节能减排的有效手段，电动汽车成为各国政府政策扶持的重点，锂电池电动汽车将成为未来主流。锂电池作为核心部件，行业规模将有百倍以上的增长。建议稳健型投资者，优选电解液；积极型投资者，优选隔膜。重点推荐佛塑股份、新宙邦、江苏国泰、当升科技，同时长期关注杉杉股份、多氟多。充电站 新能源汽车生命线

在新能源汽车发展即将驶入快车道之际，作为新能源汽车生命线的充电站建设，成为市场首要关注的目标。年初，国家电网宣布今年将建设75座充电站以及602951电池网专业的电池商务平台

个充电桩试点，而南方电网也宣布，今年将建设超过80座充电站。

综合考虑国网2015年前建设1700个充电站的规划和新能源汽车发展状况，市场人士预计未来五年我国充电站建设年均投资有望达到30亿元，2015 年达到48亿元以上。上市公司受益充电站建设的排序依次为国电南瑞、许继电气、荣信股份、森源电气、奥特迅、思源电气、国电南自、中恒电气。

新时代证券最新研究报告指出，目前已经进入这个领域的上市公司包括奥特迅、科陆电子、思源电气、许继电气、国电南瑞等。其中，奥特迅是深圳市最早的两家充电设备提供商之一，掌握了大电流快速充电技术，收入规模较小，最有希望在充电站发展的大潮中获得快速发展，建议投资者长期关注。

浙商证券分析师史海昇认为，充电站的建设主要由国家电网来主导，所以有国家电网背景的上市公司——国电南瑞、许继电气获得订单的份额应该比较大；另外，国家电网建充电站建设任务是靠各省网公司来推动的，所以一些地方龙头企业获得订单的可能性也比较大，如河南的森源电器、辽宁的荣信股份。大客车 市场空间广阔

平安证券分析师余兵认为，新能源汽车有望成为“再次改变世界的机器”，中国具有发展新能源汽车产业的优势。巨大的市场容量，明确的增长预期，政策的大力扶持，较好的技术储备，众多企业和科研机构的联合攻关，相关能源状况、自然资源等均对发展新能源汽车产业比较有利。预计到2015年，中国新能源汽车将达到100万辆左右，年均复合增长率在 216%左右。

从国家推出的新能源示范推广汽车名录来看，客车的品牌和种类明显多于轿车。中金公司的报告显示，在经常需要启动、加速、减速的变速运行条件下，混合动力汽车节能减排作用最为明显，混合动力大客车能节省燃油达25%-30%，混合动力公用事业用车以及工程车辆的能耗节省更是可以达到50%-60%。

余兵认为，从未来受益的方向看，客车将比汽车拥有更大的市场和更多的空间，因此重点推荐金龙汽车、安凯客车、宇通客车、福田汽车、中通客车给投资车重点关注.中国锂电抢攻高端，比亚迪等四强进入全球TOP10 目前全球锂电供应主要由东亚三强-中、日、韩所垄断，三者合计市场占有率超过95%。

从产业方面看，虽然中日韩三足鼎立，但现在中国锂电产品占据的基本上都是低端市场，量大利薄。不过，总体趋势是在从低端往高端发展。从应用领域来看，3G手机用锂电池和笔记本电脑用锂电池方面，中国锂电企业正在开始抢占日韩企业垄断的市场;在电动工具用锂电池、电动自行车用锂电池等方面，中国锂电企业也在积极开拓市场。

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2004-2009中国锂离子电池产量及其增长率

整理：水清木华研究中心

从锂电池生产企业份额来看，日本的三洋能源、索尼和韩国的三星SDI 和LGC 四家企业锂电池销量占全球的60%以上;中国锂电池企业近年来发展迅速，比亚迪、深圳比克、ATL公司和天津力神4家公司的销量均已进入全球前十名，销量合计占全球20%以上。

锂离子电池正极材料主要有以下三种：钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)、和锰酸锂。其中，钴酸锂由于其优良的性能成为正极材料的首选。中国钴酸锂生产企业主要有北京当升科技、湖南瑞翔、中信国安盟固利、天津巴莫、衫衫新材料等。

深圳贝特瑞是中国负极材料标准的制订者，同时也是中国目前最大的负极材料供应商。贝特瑞2009年产品总销量在3,000吨左右，占据了国内近1/3的市场份额，以中低端产品为主，近两年在高端产品的研发生产方面也取得了较大进展。杉杉科技是中国第二大负极材料供应商，产品以中高端为主，占据了国内高端产品市场近40%的份额，2009年产品总销量在2,000吨以上。

锂电池用隔膜材料，目前只有日本、美国等少数几个国家拥有技术并产业化，中国锂离子电池生产所需隔膜材料主要依靠进口。

华荣化工占据了中国电解液市场的约30%份额，汕头金光、天津金牛电源材料、广州天赐等合计约占20%份额，其余需求依赖国外进口。

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天齐锂业：中国锂电池材料的领先企业

天齐锂业是全球最大的矿石提锂生产企业，也是国内最大的电池级碳酸锂供应商。业务涵盖了工业级碳酸锂、电池级碳酸锂、无水氯化锂、氢氧化锂等四大系列产品，其中以电池级碳酸锂为主导产品。公司目前锂产品总产能达9,100吨，为全球第四大锂品生产商。募投项目完成后，综合产能将超过1.5万吨，规模优势明显。

天齐锂业通过与澳洲塔力森公司签订长期协议采购锂辉石保证原料供给。同时，通过收购四川省雅江县措拉锂辉石矿探矿权，拥有了亚洲最大的锂辉石矿甲基卡的东北部分，有望实现向上游锂矿资源业务的延伸。资源的自给保证了原材料的稳定供应，能够有效降低原材料价格的波动风险，也为未来产能扩张与结构调整提供了原料保障。

天齐锂业是国内电池级碳酸锂的市场开拓者和行业标准制定者之一，并开创了业内独特的以锂辉石为原材料直接生产电池级碳酸锂和无水氯化锂等高端锂产品的提取工艺。雄厚的科研实力保证了公司的长期竞争优势。

凭借规模优势、原料采购优势以及独特的生产工艺，天齐锂业有效降低了生产成本，提升了产品市场竞争力。预计通过对措拉锂辉石矿的开发，公司原料采购成本将进一步下降。

我们预计，随着各个项目的建成达产，天齐锂业高端锂系列产品产能将进一步增长。同时，盈利也将有望进入快速增长期。我们的盈利预测表明，未来3年，公司的净利润年均复合增长率为36.7%，具有较高成长性。另外，措拉矿将于2012年之后逐渐投产，精矿原设计产能5~6万吨，矿山产能将随锂品产能扩充情况逐步增加，届时公司盈利能力将再次得到提升，盈利的高速增长有望继续维持。

综合相对和绝对估值法，我们得出天齐锂业每股价值为21.02~23.93元，相当于2010年43倍~49倍的动态市盈率。预计首日上市股价区间为27.11~30.00元。

主要风险：1)随着锂深加工产品产能的扩张，公司的市场开拓能力将面临考验；2)如果全球经济增长放缓，则包括锂产品在内的有色金属消费将保持低迷；3)碳酸锂等的价格波动会对公司的短期盈利带来影响；4)未来矿山资源开发受阻，则向上游延伸的战略难以实施。

中国锂电池专利保卫战先输一局

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中国汽车报9月3日报道 编者按：今年上半年，本报自3114期起，连续4期关注了德州大学和其商业授权的加拿大魁北克水电公司、Phostech公司指控美国电池制造商A123（高博）公司、威能（Valence）公司侵权的磷酸铁锂专利纠纷案。这一系列报道引起了业内外广泛关注。如今，关于磷酸铁锂电池专利的话题再次牵动着电动车业界的神经，不过这次事件的主角换成了中国。

就在北美磷酸铁锂专利诉讼案打得不可开交的时候，一场磷酸铁锂电池专利保卫战在中国打响。

为避免DVD专利池的悲剧重演，我国多家电池企业和科研机构正在积极行动，收集证据，以证明加拿大魁北克水电公司和法国科研中心去年在华申请的磷酸铁锂包敷碳技术专利（现已独家授权给加拿大Phostech公司）无效。不过，从目前情况看，中方想要获胜，极为困难。

■ 外企成功在华申请 包敷碳技术专利

今年以来，我国电动汽车和动力电池的论坛特别多。几乎在每一个论坛上，都能看到加拿大Phostech公司代表的身影。

前不久，第四届华南锂电（国际）高层技术论坛在深圳召开。专程从加拿大赶来参加此次论坛的Phostech公司CEO莱斯?托斯顿满面春风。在介绍了产品和技术后，托斯顿回答了现场听众关于专利的提问。他透露：“在美国，法庭打算休庭一段时间再继续审理我们与A123等公司的磷酸铁锂电池专利纠纷案。去年 12月，欧洲专利局驳回了Phostech公司的磷酸铁锂电池专利申请。我们打算继续申请专利，预计到2010年会获批。另外，在日本我们也在积极申请专利。”

托斯顿谈了Phostech公司在美、日、欧的专利申请情况，却没有谈及中国，不知是否在有意回避。据记者了解，1999年，法国科研中心教授米歇尔?阿曼德发明了包敷碳技术，解决了磷酸铁锂材料导电性不佳的难题。随后，由加拿大魁北克水电公司和法国科研中心共同申请了这项技术专利。2008年，两家机构在中国的专利申请获得批准，其专利使用权现已独家许可给加拿大Phostech公司。

在抢占了专利制高点之后，Phostech公司积极开拓中国市场。目前，该公司已经在上海设立了办事处。与此同时，其高层在华频频亮相，积极推销该公司的磷酸铁锂电池和材料。

■ 两大专利无法绕行

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中国工程院院士陈立泉告诉记者，在磷酸铁锂电池和材料领域，有两大核心技术专利是无法绕行的，其中一个是包敷碳技术专利，另一个是碳热还原技术专利。前者已经在华申请，加拿大Phostech公司拥有独家使用权；后者归美国威能公司所有，目前尚未到中国申请专利。但是，威能公司现已在苏州成立了两家公司 ―――威能科技有限公司、威泰能源有限公司，分别负责磷酸铁锂材料的生产和电池制作。为抢占中国市场，威能公司不排除会在专利上做文章。

陈立泉院士还向记者透露了一件令人吃惊的事情：原来，威能公司所拥有的碳热还原技术专利，完全是他的学生―――董明的杰作。

2000年，董明从一家加拿大企业跳槽进入美国威能公司，担任资深研究员。此前，他已经在法国国家研究中心波尔多凝聚态材料化学研究所取得博士学位，并在美国攻读了博士后。在威能公司工作期间，董明充分展示了中国人勤劳、聪明的特质，短短6年间，他帮助威能公司在世界各国申请了28个磷酸亚铁锂材料专利（董明是发明人，所有权归威能公司）。

然而，世事难料，董明当时或许也没想到，今天这些专利竟然成为中国电池企业进入磷酸铁锂电池领域的屏障。

“那时候，我把自己能想到的磷酸铁锂材料配方和制备方法都写了出来，并申请了专利。其中有些专利，威能公司当时已经有了相应技术，还有的正在研发当中，还有一些根本就没有开始研究。这一系列专利非常严密，几乎囊括了制造磷酸铁锂电池的方方面面，的确难以攻破。”谈及往事，董明这样对记者说。

■ 想让专利无效，中方胜算不大

“在磷酸铁锂电池和材料上，中国绝对称不上先进。有少数企业称专利没有问题，那是瞎说，这里面有很多复杂的问题有待解决。如果说，对于德州大学和A123 公司等机构之间的磷酸铁锂专利纠纷案，我们多少有些隔岸观火的味道，那么，这一次随着Phostech公司在华获得包敷碳技术专利，以及威能等公司抢占中国市场步伐的加快，专利问题已经很现实地摆在了我们面前，不容回避。”一位电池企业负责人说。

正是意识到这一点，这些电池企业和有关科研机构才联合起来，收集证据，期待能够推倒跨国公司的专利壁垒。

国家知识产权局一位姓王的工作人员告诉记者，《专利法》第22条有明确规定，专利申请至少要具备新颖性、创造性和实用性，而且没有其他实质性问题，才能被授权。同样的道理，如果想让专利无效，应向国家知识产权局复审委员会提起无效请求，证明已经被授权的专利没有新颖性、创造性或实用性。如果被驳回，则需要提起诉讼，通过法律途径来解决。

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这位工作人员还说，最好的举证方法是找出一篇或多篇此前已经公开的文献，与专利的权利要求进行对比，如果重合，则可证明专利缺乏新颖性。企业人士透露，目前他们已经找到一篇公开文献，但是论据不是特别充分。一旦提起诉讼，胜算并不大。

中科院物理研究所博士生导师黄学杰说，此前，日本NTT公司支付美方3000万元（折合人民币）和解金，才解决了磷酸铁锂材料专利纠纷。台湾很多企业也是花钱向Phostech等公司购买专利使用权。“如果到了最后，中国企业不得不和日本一样，走上花钱买专利许可的道路，这对我国磷酸铁锂电池生产商将是一个噩耗，也是一种悲哀。”(本文来源：中国汽车报 作者：刘成芳)

2012年中国锂电池市场规模达250亿

受政策引导2012年中国锂电池市场规模达250亿:受益于新能源汽车的快速发展，作为新能源汽车“心脏”的锂电池，市场规模将高速增长。2012年我国锂电池市场容量将达到250亿，全球市场将达到数千亿规模

政策大力扶持 多家厂商抢先布局锂电池市场:锂离子电池是国际公认的理想化学能源，具有安全性高、稳定性高、环保、体积小、电容量大、电压高等优点。近几年来，国家出台了很多扶持新能源汽车的政策，锂离子电池研发项目是国家“863”的重点项目，国家在研发上也投入了大量财力、物力。目前，我国的汽车锂电池产业发展很快，生产能力仅次于日本。大部分材料实现了国产化，国内已自建和引进多条生产线，配套材料厂也有多个，均已形成大规模生产，市场竞争激烈。我国的比亚迪、万向集团、深圳比克电池、天津力神电池与美国迈尔斯的合资企业等都置身于锂电池的研究。中国的比亚迪和天津力神计划将动力电池生产容量提升至10亿Wh。近期全国在动力电池方面的投资总额为22亿美元左右。中国锂电池市场规模将达250亿:政府陆续出台了多项政策、措施，以支持新能源汽车行业的发展。近日，由工信部组织制订的《节能与新能源汽车发展规划（2011年至2020年）》已经初步完成，目前已进入向相关部委征求意见阶段，国务院审核通过后，《规划》将在国内实施。

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受益于中国政策导向影响，新兴的锂离子电池将逐步成为新能源汽车动力的通用电池。根据中央政策规划预计2012年新能源汽车将突破100万辆，50%以上使用锂电池，以单价5万元/台计算，2012年锂动力电池市场容量将达到250亿，中国锂电池产业在政策上已经迎来快速发展的黄金时机。目前，整个新能源汽车产业都处于起步阶段，锂电池产业进入成熟期至少要3~5年，动力锂电池仍面临价格、安全性能和汽车动力电池的管理系统等问题。要做大、做强中国锂电池产业，仍需以电池研发为核心，加强上下游企业的通力合作，综合考虑材料、管理系统等，降低系统成本，形成产业群，推动锂电池产业健康、快速发展。

新型电池材料课程模块化教学研究 篇3

【关键词】新型电池材料课程 模块化教学 评价

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》明确提出支持新能源发展，实施新能源汽车推广计划，提高电动车产业化水平。新能源产业的发展对人才培养提出了更高的要求，需要提升从业人员的技术水平和创新能力。因此，通过“产学研”相结合，不断深化教学改革，不仅可以让学生掌握最前沿的研发技术，而且能让学生通过创新性训练提高创新研发能力。采用模块化教学对于组织教学内容，创新教学模式发挥着重要作用，也为人才培养注入新的动力。

一、新型电池材料课程改革的必要性

目前国内开设新能源材料与器件专业的高校为数不多。华南师范大学作为广东地区唯一开设本专业的“211工程”重点建设高校，对于培养适应国家战略性新兴产业需要，系统掌握新能源材料、新能源器件设计与制造工艺、测试技术与质量评价、新能源系统与工程等方面的专业基本理论与基本技能的复合型人才起着至关重要的作用。

新能源材料与器件作为国家战略性新兴产业相关专业，在国内建设时间较短，专业课程和教学资源较为贫乏。《新型电池材料》作为新能源材料与器件专业的重要课程之一，进行课程教学研究与改革对于提升人才培养有着至关重要的作用。

二、模块化教学

模块化教学（MES）又称模块式教学法，是一种较先进的教学模式。这种教法是在深入分析每个专业特点的基础上，将教学大纲和教材开发成不同的教学模块形成的组合式教学方式。其教学目标明确，每个模块的课程设置是在分析学生的专业能力后，根据培养的人才应具有的知识、能力和素质，尽量精简次要内容，按需施教、学用一致。模块化教学目的在于提高教学及考核内容的透明度，从而提高整个学习的灵活度，对于提高学生的自主学习能力、职业能力和创新能力有着极大的促进作用。

三、新型电池材料模块化设计

新型电池材料模块化设计是对锂离子电池、铅酸电池、锂硫电池、锂空电池、锌空电池、全钒液流等多类型电池新型正负极材料的文献调研和研究，结合相关企业的实际生产，采用模块化的模式组织基础教学内容。以锂离子电池模块化教学为例，首先按照正负极材料将其分为两个子模块，正极材料子模块下又依据晶体结构类型进行分类，如尖晶石结构、层状结构、橄榄石结构等，每一种对应一个次级子模块。而每一个次级子模块中包含符合此种结构类型的多种新型电池材料相关知识，如详细结构特点、合成方法、性能缺陷、性能对比、改进措施和应用实例等。每一个模块都构成独立的教学单位，教学目标明确，不仅提高了学习的灵活度，而且有利于学生对知识的掌握，提升了学生的职业能力、创新能力和综合素质。

模块化设计还针对改革本科教育课堂传统教学模式进行了改革研究，推行“教、研、做、产、改”相结合的“五位一体”教学模式，即通过教师教学、学生研究讨论、学生做实验、学生到生产企业参观学习、学生在教师指导下改进等过程增强学生对知识的掌握，提高动手能力、职业能力和创新能力。

四、新型电池材料课程评价改革

《广东省教育发展“十二五”规划》将高等教育人才培养、科技创新列为重点发展目标，而人才培养和科技创新需要从专业整体规划角度系统开展研究。通过对培养计划、课程体系、教学环节、教学组织和评价体系等进行设计与创新，实现学生职业能力和创新能力的提升。可见，教学评价在课程改革中占有重要地位。为了更好地适应模块化设计，采用“过程评价与结果评价相结合，知识评价和技能评价相结合，能力评价和素质评价相结合”的方式，对学生进行综合评价。依据上述模块化教学内容、教学实施和评价等制定适应模块化教学法《新型电池材料》课程标准。

五、总结

在我国经济快速发展和转型升级的背景下，高等教育也正在发生快速的变革，对于新开设的专业，没有过多的教学模式束缚，更加容易与时代接轨。通过對人才培养目标的分析和定位，结合新型电池材料课程特点，将较先进的模块化教学与之融合，通过模块化教学设计、“五位一体”教学实施和“三结合”课程评价，将有效提高课程授课质量，对提升人才培养质量起到非常积极的作用。

【参考文献】

[1]李玲，梅丽雪.独立学院大学物理模块化教学探讨[J].华章，2009（09）：81，90.

[2]林远东，刘云瑞.《材料力学》模块化教学的探索[J].希望月报，2007（09）：60-61.

电池新材料 篇4

燃料电池需通过把氢气和氧气等气体混合产生能量,但燃料电池的质子交换膜必须保持湿润才能正常工作。目前的解决方法是同时在车内放置散热器、储水箱和加湿器等电池配套设备,这往往会占用大量的车内空间。

澳大利亚和韩国的研究人员从仙人掌上得到了灵感,仙人掌表面的气孔在夜晚空气潮湿凉爽时打开,在白天空气炎热干燥时关闭,以保持自身水分。他们研制出的新薄膜以同样原理工作,薄膜表面布满纳米级“气孔”,可在湿润环境下张开,在干燥环境下闭合,从而保持在高温时水分不被蒸发。

燃料电池材料及其储能技术 篇5

姓名：李浩杰

学号：2014050101018

摘要：出于对环境友好、高转换效率、高功率、高能量密度的能源技术的需求，世界各国纷纷开展对于性能优良的燃料电池的研究。其研究重点主要集中在四个方面：电解质膜、电极、燃料、系统结构。其中又以前三个为热点。目前，由于在燃料大规模制备上的困难以及其在工作时需要的一些昂贵的贵金属，燃料电池大规模商业应用受到一定限制。关键字：燃料电池、电解质膜、储能

一、燃料电池原理

燃料电池是一种使用燃料进行化学反应产生电能的装臵。所用的燃料主要包括氢气、甲醇、乙醇、天然气、汽油以及一些含氢有机物。氢气可以直接作为燃料电池的燃料，其他气体一般需要处理为含氢气的重整气。由于其燃料来源广泛，发电后产生纯水和热，能量转换效率高达80%~90%，对环境无污染，所以广泛受到各国科学家的关注，被认为是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。

燃料电池的工作原理图如上所示。在阳极，氢气与碱中氢氧根的在电催化剂的作用下，发生氧化反应生成水和电子：

电子通过外电路到达阴极，在阴极电催化剂的作用下，参与氧的还原反应：

生成的氢氧根通过多孔石棉膜迁移到氢电极。

为保持电池连续工作，除需与电池消耗氢气、氧气等速地供应氢气和氧气外，还需连续、等速地从阳极（氢电极）排出电池反应生成的水，以维持电解液浓度的恒定；排除电池反应的废热以维持电池工作温度的恒定。

容易看出，与其他电池相比，燃料电池内部并不储能，它只是高效地将从外部源源不断通入的燃料转换成电能，所以，它更像是一个微型的发电站。

二、燃料电池发展历程

1、国外

1839年，格罗夫发表世界上第一篇关于燃料电池的报告。初期的燃料电池使用气体为氧化剂和燃料，但因为气体在电解质溶液中溶解度很小，导致电池的工作电流密度极低。后来，多孔气体扩散电极和电化学反应三相界面概念的提出以及实际材料的突破，使燃料电池具备了走向实用化的必备条件。

60年代，由于载人航天器对于大功率、高比功率与高比能量电池的迫切需求，燃料电池开始引起一些国家与军工部门的高度重视。其典型成果为阿波罗登月飞船上的主电源—培根型中温氢氧燃料电池。

70~80 年代，由于出现世界性的能源危机和燃料电池在航天上成功应用及其高的能量转化效率，促使世界上以美国为首的发达国家大力支持民用燃料电池的开发，进而使磷酸型及熔融碳酸盐型燃料电池发展到兆瓦级试验电站的阶段。

20世纪90年代以来，出于可持续发展、保护地球、造福子孙后代等目的，基于质子交换膜的燃料电池开始高度发展。特别是在电动车行业，世界上所有的大汽车公司与石油公司均已介入燃料电池汽车的开发。

总的来说，燃料电池主要经历了经历了第1代碱性燃料电池（AFC），第2代磷酸燃料电池（PAFC），第3代熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）后，在20世纪80年代迅速发展起了新型固体氧化物燃料电池(SOFC)。

2、国内

中国燃料电池的研究始于1958年。

1970年前后,开始了燃料电池产品开发工作并在70年代形成了燃料电池产品的研制高潮。主要开发项目是由国家投资的航天用碱性氢氧燃料电池,该产品的研制目标是为了配合中国航天技术发展计划的一个项目。

到70年代末,由于总体计划的变更而中止。但与该项计划实施的同时,一些由地方政府投资与使用部门合作的应用碱性燃料电池项目也进行了开发，只是尚未形成应用。

80年代初、中期,中国燃料电池的研究及开发工作处于低潮。

进入90年代以来,在国外先进国家燃料电池技术取得巨大进展,一些产品已进入准商品化阶段的形势影响下,中国又一次掀起了燃料电池研究开发热潮。

三、几种燃料电池简介

1、分类

（1）按燃料电池的运行机理可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。

（2）按电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池等。在燃料电池中，磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池可以冷起动和快起动，可以作为移动电源，满足特殊情况的使用要求，更加具有竞争力。

（3）按燃料类型分，有氢气、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷和天然气等气体燃料；甲醇、甲苯、汽油、柴油等有机液体燃料。有机液体燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。（4）按燃料电池工作温度分，有低温型，工作温度低于200℃；中温型，工作温度为200～750℃；高温型，工作温度高于750℃。

上图为几种常见燃料电池各种性能，应用环境的简单对比，现主要以电解质分类形式介绍几种常见的燃料电池。

2、质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池是最接近商业化的一种燃料电池，最有希望作为未来电动汽车的发动机。在各种燃料电池中，它的工作温度是最低的，也是目前发展规模最大的一种。

上图为典型的单结质子交换膜燃料电池结构。由质子交换膜、催化层、气体扩散层、密封圈、双极板等关键部件组成。通常以全氟磺酸型质子交换膜为电解质膜，用Pt/C或者PtRu/C作为催化剂。以阴阳极催化剂层和电解质膜所组成的三合一组件统称为膜电极，是 它的核心部件。

实际应用的燃料电池电站是一个很复杂的系统，它包括燃料供应、氧化剂供应、电池反应、水热管理等多个子系统。

它的工作原理是是氢气和氧化剂分别由燃料电池的阳极和阴极流道进入电池内部，经过气体扩散层后到达电极催化层。阳极侧的氢气在催化剂的作用下，解离成氢离子和电子，氢离子穿过质子交换膜到达阴极侧，电子则经过外电路形成电流后到达阴极；在阴极催化剂的作用下，氧气接受质子和电子生成水分子，在整个过程中，外电路的电子流动形成电流。

目前限制质子交换膜燃料电池进入商业化的最主要原因是成本和寿命两大问题，寻找和开发新型材料成为解决这两大问题、推进商业化进程的必然选择，也是质子交换膜燃料电池近些年来的研究重点和热点。

3、熔融碳酸盐燃料电池

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）在高温下工作（约 650℃），可以利用排气余热和燃气轮机混合发电，发电效率通常高达50%以上，,可用多种燃料(如天然气和煤)，不需要用铂等贵重金属作为催化剂，有望应用到中心电站，工业化或商业化联合发电，是目前燃料电池研究的主流之一，上图为平板式熔融碳酸盐燃料电池单体结构示意。它由电极-电解质、燃料流通道、氧化剂流通道和上下隔板组成。目前,MCFC的主要技术问题已经基本解决。美国、日本等正在进行十万瓦和兆瓦级的实用演示试验,预计距商业化为期不远。

4、固体氧化物燃料电池

固体氧化物燃料电池是20世纪八九十年代燃料电池研究的成果，该燃料电池具有诸多优点。比如避免了使用液态电解质所带来的腐蚀和电解质流失等问题，反应迅速，无须贵金属催化剂，能量利用率高达80%以上，燃料广泛，可以承受较高浓度的硫化物和CO的毒害，因此对电极的要求大大降低。基于此，目前世界各国都在积极投入SOFC技术的研发。

上图为固体氧化物燃料电池的工作原理图。它主要由阴极、阳极、电解质和连接材料组 成。在阳极和阴极分别送入还原、氧化气体后，氧气在多孔的阴极上发生还原反应，生成氧负离子。氧负离子在电解质中通过氧离子空位和氧离子之间的换位跃迁达到阳极，然后与燃料反应，生成水和二氧化碳，因而形成了带电离子的定向流动。

四、燃料电池的应用

1、航天领域

早在上个世纪60年代，燃料电池就成功地应用于航天技术，这种轻质、高效的动力源一直是美国航天技术的首选。比如，以燃料电池为动力的 Gemini宇宙飞船1965年研制成功，采用的是聚苯乙烯磺酸膜，完成了8天的飞行。后来在Apollo宇宙飞船采用了碱性电解质燃料电池，从此开启了燃料电池航天应用的新纪元。

中国科学院大连化学物理研究所早在70年代就成功研制了以航天应用为背景的碱性燃料电池系统。A型额定功率为 500 W，B型额定功率为 300 W，燃料分别采用氢气和肼在线分解氢，整个系统均经过环境模拟实验，接近实际应用。这一航天用燃料电池研制成果为我国此后燃料电池在航天领域应用奠定了一定的技术基础。

2、潜艇

燃料电池作为潜艇AIP动力源，从2002年第一艘燃料电池AIP潜艇下水至今已经有6艘在役。FC-AIP 潜艇具有续航时间长、安静、隐蔽性好等优点，通常柴油机驱动的潜艇水下一次潜航时间仅为 2天，而FC-AIP潜艇一次潜航时间可达3周。

3、电动汽车

随着汽车保有量的增加，传统燃油内燃机汽车造成的环境污染日益加剧，同时，也面临着对石油的依存度日益增加的严重问题．燃料电池作为汽车动力源是解决因汽车而产生的环境、能源问题的可行方案之一。燃料电池汽车示范在国内外不断兴起，较著名的是欧洲城市清洁交通示范项目。

4、固定式分散电站

电池新材料 篇6

【关键词】在线pH计；计算机客户端；锂离子正极材料；前驱体

前言

锂离子电池以其工作电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑等各种便携式仪表和工具，并有望在电动汽车中用作动力电源。正极材料在锂离子电池中成本占40～46%，而正极材料的性能改善也是提高锂离子电池综合性能的最重要的指标。因此，为了得到稳定优质的正极材料前驱体，本文设计了一种以计算机客户端控制前驱体中间反应过程条件的程序。[1]

一、pH值对前驱体制备过程中的影响以及现有控制过程中的弊端

总所周知，现有工业技术中湿法制备正极材料前驱体基本使用的都是钴盐（包括氯化钴、硫酸钴、硝酸钴等）与沉淀剂（包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠等）在一定的温度，一定的空气环境的液相条件中进行的。在此也液相环境中，pH值是否在指定的控制范围，起的作用至关重要。不仅仅影响到颗粒成长过程中形貌的规则性，还影响到颗粒大小以及粒度分布宽度的大小。

现有生产工艺中，采用人工取样测试等手段去控制反应环境中的pH值，不仅带来大量人力物力财力的浪费，还很难使得反应釜内环境稳定，给产品品质带来很大质量隐患。[2，3]

二、在线pH计计算机客户端连接与控制

2.1 采用485通讯接口

RS-485标准是为弥补RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485标准只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。根据485总线结构理论，在理想环境的前提下，485总线传输距离可以达到1200米。485总线可以带128台设备进行通讯。一般485芯片负载能力有三个级别--32台、128台和256台。此外理论上的标称往往实际上是达不到的，通讯距离越长、波特率越高、线径越细、线材质量越差、转换器品质越差、转换器电能供应不足（无源转换器）、防雷保护越强，这些都会降低真实负载数量。而在實际生产过程中，为了避免信号变弱，增加控制机器的数量，可以增设485接口的数量。[4]

2.2 链接系统

该系统运用RS485接口，把在反应釜测试的数据传输到转换器直接链接到控制计算机上，再通过软件控制程序，处理数据再反馈到每一个反应釜上，形成一个智能循环系统，最终达到最优化控制反应条件。

2.3 软件控制程序

控制程序用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读存储器。机器运行时则只读不写，其工作过程是：每读出一条微指令，则执行这条微指令；接着又读出下一条微指令，又执行这一条微指令。读出一条微指令并执行微指令的时间总和称为一个微指令周期。采用不同传输速率和不同的存储周期，记录数据并把信息反馈到转换器中，把信息反馈到操作台，进行维持或更改命令。

2.4 数据存储及分析系统

通过软件控制程序存储数据，给数据的处理和分析带来很大的方便。

结语

在社会不断发展的今天，用新的科技力量代替大量的人工，提高生产率。利用计算机技术，达到准确控制反应环境，提升品质力。在线pH计与计算机联合使用，在实际生产中起到了重要作用，而在同行业里也具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]Chen， H-H； Zhan， H； Zhu， X-J； Zhou， Y-H. Acta Chim. Sinica2005，63，1028 （in Chinese）. （陈宏浩，詹晖，朱先军，周运鸿.化学学报，2005，63，1028.）

[2]朱贤徐.湿法制备电池级四氧化三钴的研究.精细化工中间体，2010（6）第40章第3期

[3]苏继桃，苏玉长，赖智广.制备镍、钴、锰复合氢氧化物的热力学分析.电池工业，2008（1）

[4]李永，李芙玲，荣蓉.基于RS-485标准的供电系统微机监控的接口设计.《华北科技学院学报》，2005年第04期

作者简介

镍氢动力电池正极材料的研究 篇7

目前用于镍氢动力电池的正极材料产品比较混乱,品种较多,多为小型电池改进材料,既有覆钴型氢氧化镍,又有组分调整型氢氧化镍,甚至有外掺型普通氢氧化镍产品,产品规格不统一、性能参差不齐。对于其中并不适合作为镍氢动力电池的正极材料产品,镍氢电池制造商也只能靠增加氢氧化镍用量来实现电池的设定容量,造成电池安全隐患和资源浪费,导致国产镍氢动力电池的功率特性和温度特性离应用要求尚有较大距离。

为了确定适用于镍氢动力电池的正极材料氢氧化镍产品,对目前国内市场上商用氢氧化镍的产品及其改进型产品等进行收集,同时依据镍氢动力电池要求开发制备两种新产品——覆钴型球形氢氧化镍和多元素复合掺杂新型氢氧化镍。目前市场上的普通及改进型氢氧化镍主要是含锌掺Co系列产品,按化学组成分成Zn3Co1、Zn3Co1.5、Zn4Co0.7、Zn4Co1.5等系列;覆钴型产品则是在普通含锌系列产品基础上,表面包覆Co(OH)2产品和再经氧化而成的包覆CoOOH产品,以覆钴量来构成系列化产品;多元素复合掺杂新型氢氧化镍是北京有色金属研究总院的独有技术产品,其主要掺杂元素为钙、镁等,简称钙镁型氢氧化镍,因掺杂量及其配比而有所区别。针对动力型镍氢电池对正极材料的特殊要求,着重考察材料的高温大电流充放电特性,以高温大电流电化学性能为主要判定指标,同时参考其它性能参数,最终确定适用于镍氢动力电池的正极材料。

1 实验

1.1 实验方法

钙镁型氢氧化镍:以NiSO4、CoSO4·7H2O、MgSO4·7H2O、ZnSO4·H2O、Ca(NO3)2·4H2O为原料,按照一定的配比配成混合溶液,此溶液与一定浓度的氢氧化钠、氨水按照一定比例向反应釜中同时进料,反应釜温度控制在(50±2)℃,pH值在12～13之间。将生成料液用去离子水洗涤至pH值至中性,过滤,在80℃干燥得成品。

覆钴型氢氧化镍:通过化学共沉淀方法制备球形氢氧化镍,将其放置在反应釜中,连续加入其它反应溶液(硫酸钴、氢氧化钠、氨水)。控制硫酸钴的浓度和反应时间,在氢氧化镍表面沉积不同含量的Co(OH)2。

1.2 电性能测试

1.2.1 极片的制作

称取0.2g氢氧化镍+0.8g镍粉,混合研磨均匀后,在专用模具中以7MPa压力下压成Φ13mm的正极片,极片采用尺寸50mm×25mm、孔隙率大于95%的泡沫镍包裹,在7mol/L的KOH溶液中活化10h待测。

1.2.2 充放电实验

采用三电极体系,Hg/HgO作为参比电极,在武汉金诺电子有限公司LAND CT2001A电池测试系统上进行电化学性能测试。

1.2.3 结构表征

采用荷兰PANalytical公司的X射线衍射仪(X’ Pert PRO MPD)进行XRD测试,测试条件为Cu Kα辐射、石墨单色器、40kV管压、40mA管流。

2 结果与讨论

2.1 不同类型产品高温大电流性能的测试

动力型镍氢电池与普通镍氢电池的显著差异在于高温大电流特性。镍氢动力电池要求正极材料氢氧化镍具有高容量和优良的功率特性及高温性能。选取普通型、覆钴型及钙镁型3类氢氧化镍样品中具有代表性的产品,充分考虑车载电池和电动工具的实际使用工况,进行65℃、1C及65℃、10C高温大电流的电化学充放电性能测试,其放电曲线见图1,依据放电曲线统计的比容量归纳于表1。

温度[7,8]及充放电倍率[9]是影响氢氧化镍性能的重要因素。由图1放电曲线平台特性和表1统计数据可知,就高温大电流电化学性能而言,3种类型产品性能的优良次序为钙镁型Ni(OH)2>覆钴型Ni(OH)2 >普通型Ni(OH)2,根据该分析结果,普通型氢氧化镍的性能已不能达到镍氢动力电池对正极材料的要求,因而,适用于镍氢动力电池正极材料的氢氧化镍产品种类初步定为覆钴型氢氧化镍及钙镁型氢氧化镍。

2.2 覆钴型氢氧化镍的覆钴量确定

覆钴量对覆钴型氢氧化镍的性能有很大影响,影响到导电网络的形成与剥脱。为了确定覆钴型氢氧化镍的最优覆钴量,以Zn4Co1.5型氢氧化镍为核心粒子,制备不同覆钴量的系列氢氧化镍,并进行常温25℃及高温65℃的电化学性能检测,测试结果如图2-图4所示。

综合分析实验结果,可得出以下结论:

(1)覆Co氢氧化镍放电性能总体上优于未包覆Co氢氧化镍,循环稳定性也较高,显示出优良的高温大电流充放电性能。这是因为包覆Co能形成导电网络以提供足够的电子传输通道,使得活性物质的利用率提高[10,11,12,13,14,15,16]。

(2)覆Co量应控制在合理的范围内,才能有效改善氢氧化镍电极的循环可逆性,提高放电比容量。因为覆Co量达到一定量后导电网络的电子传输能力趋于饱和,加之频繁的大电流充放,使得电极内部热量累积,导致发生析氧反应,活性物质的利用率反而降低,放电容量下降。

(3)包覆2%～3.6% Co的氢氧化镍产品充放电性能最好,3C充放电时氢氧化镍活性物质利用率分别比未包覆前高出38%左右。

(4)强调包覆Co氢氧化镍的高温性能时最佳包覆Co量确定为3.5%左右。

2.3 钙镁型氢氧化镍掺杂量的确定

有研究[17]发现第二主族元素Ca、Mg等可以抑制γ-NiOOH的形成,从而减少电极膨胀。北京有色金属研究总院采用专利技术“管道式合成”新方法,利用钙、镁掺杂,改变掺杂量并调整掺杂元素的配比,制备出5种钙镁型新型氢氧化镍产品。5种产品的化学组成见表2, XRD结果见图5,电化学性能特别是高温大电流性能测试结果如图6-图8所示。

钙镁型氢氧化镍采用多元素协同掺杂,由于钙、镁与镍元素的性质差异明显,钙镁掺杂量及其配比影响到是否原子替代还是形成混晶,直接决定着其常温特别是高温大电流充放电性能。

综合分析上述实验测试的结果可知:

(1)在试验设定的掺杂量及其配比范围内,Ca、Mg等发生原子替代,替代了部分Ni直接占据了Ni阵点位置而进入氢氧化镍的晶格中,钙镁型多元素协同掺杂的新型氢氧化镍正极材料仍然保持β型结构。

(2)常温电化学性能:25℃时,1C充放电倍率下,产品B的放电容量最高,达到300.1mAh/g,而其它4种产品的放电容量也在290～293mAh/g之间。3C充放电倍率下也是产品B的放电容量最好,为241.2mAh/g。

(3)高温电化学性能:65℃时,产品B、C、D在1C充放电倍率下放电容量分别为286.3mAh/g、283.4mAh/g、292.4mAh/g,最高充电效率达到85%以上;2C时放电容量分别为296mAh/g、294mAh/g 和287.6mAh/g;3C时放电容量仍保持稳定,分别为291.8mAh/g、286.6mAh/g 和283.4mAh/g。而A和E的放电性能相对较差,产品B、C、D的高温大电流充放电性能最好。

(4)产品B与C还显示出优异的循环性能,经过30次充放电循环,其2C和3C放电容量仍然在280mAh/g以上,充放电效率保持在85%以上。

(5)B、C、D 3种规格钙镁型氢氧化镍新产品都可用作动力型镍氢电池的正极材料。

制备出的Ca2Mg0.5、Ca1.5Mg0.2、Ca1Mg0.3等3种成分钙镁型氢氧化镍是直接针对混合动力电动汽车、特别是纯电动汽车在60℃以上工作环境中镍氢动力电池的能量和功率不能满足其要求而开发的,也可应用于其它动力型镍氢电池。钙镁型氢氧化镍具有优异的高温大电流充放电性能,65℃时电池的充电效率可以达到85%以上,3C倍率放电容量超过280mAh/g。

3 结论

研究了适用于动力型镍氢电池正极材料的氢氧化镍产品种类,制备并收集目前商用于镍氢动力电池的正极材料,汇总为3大类,即普通型氢氧化镍、覆钴型氢氧化镍、钙镁型氢氧化镍。经高温大电流电性能测试可知,适用于镍氢动力电池的氢氧化镍正极材料为覆钴型及钙镁掺杂型。进一步对覆钴量及钙镁掺杂量进行研究,得出主要用于镍氢动力电池的氢氧化镍产品组成为:覆钴型其覆钴量为Co3.5%;钙镁型为Ca2Mg0.5、Ca1.5Mg0.2、Ca1Mg0.3等3种组分。

摘要：为了研究镍氢动力电池正极材料氢氧化镍,收集目前常用的镍氢动力电池用正极材料——普通型及覆钴型氢氧化镍,制备独有技术产品钙镁掺杂型氢氧化镍。通过对该3大类产品进行高温大电流性能的测试表明,适用于镍氢动力电池的氢氧化镍正极材料为覆钴型及钙镁掺杂型氢氧化镍。再考察不同覆钴量的覆钴型氢氧化镍及不同配比的钙镁型氢氧化镍,对覆钴量及钙镁掺杂量进行研究,得出主要用于镍氢动力电池的氢氧化镍产品为覆钴量为Co3.5%的覆钴型氢氧化镍及Ca2Mg0.5、Ca1.5Mg0.2、Ca1Mg0.3等3种成分的钙镁型氢氧化镍。

电池新材料 篇8

燃料电池是通过电化学反应从氢和氧中获取电能。目前PEM燃料电池的工作温度一般在90℃以下。而加拿大卡尔加里大学科研人员发明的新材料可以使PEM燃料电池的工作温度提高到150℃。

研究发现, 工作温度的提高可使PEM燃料电池的反应速度加快, 从而可提高电池的工作效率, 同时还使反应所需的贵金属铂等催化剂的使用量减少, 因此可降低电池的生产成本。

动力锂离子电池正极材料研究 篇9

1 动力锂离子电池的安全性

对于动力锂离子电池, 要想有效地解决其安全性问题, 主要从以下方面入手:合理设计电池的热效应, 有效防止在不合理使用情况下的热失控, 以及寻找安全的电解液以及正极材料。

伴随大容量动力锂离子电池的应用, 短路以及过程等安全性问题日渐突出, 这是动力锂离子电池实现大规模、多领域应用所必须克服的一大难点。动力锂离子电池的安全问题包括自爆、电火、漏液等, 这些安全性问题, 极大的阻碍了其实用化进展[1]。

伴随新型动力锂离子电池材料的不断发展, 在安全性能方面, 取得了新的进展。所以如何开发和制备新型的动力锂离子电池材料对于提高动力锂离子电池的安全性能具有十分重要的意义。

2 动力锂离子电池正极材料

常用的动力锂离子电池的正极材料有Li NiO2、LiCoO2以及Ni-CO-Mn三元素锂氧等, 这些材料虽然说具有容量密度高的优点, 但它们的安全性都普遍较差, 隐藏着很大的安全隐患。目前我国对新型正极材料的研究取得了很大的进展, 主要包括以下几种。

2.1 磷酸亚铁锂

磷酸亚铁锂的理论容量是170 mAh/g, 充放电的电压为3.5伏特。它同传统的锂电池正极材料比起来, 来源更为广泛, 价格更加低廉, 对于环境也更加有好。以磷酸亚铁锂作为正极材料, 可是电池具有高热稳定性、高安全性以及优良的循环性。因此磷酸亚铁锂可作为一种极为安全的动力锂离子电池材料。

2.1.1 磷酸亚铁锂的合成方法

磷酸亚铁锂的合成方法有很多, 下面通过表格的形式列出, 并分别指出其优缺点。详细内容见表1。

2.1.2 磷酸亚铁锂的改性研究

磷酸亚铁锂虽然说安全性能很高, 但也存在着一些致命的缺陷, 比如说电子导电率低, 离子扩散慢, 体积能量密度较小。这些都影响了磷酸亚铁锂的实用性, 因此需进行改性。学者们对此进行了多方面的研究, 并且取得了较大的进展。

(1) 添加导电材料

为提高磷酸亚铁锂的导电性能, 可以添加导电材料。可通过用金属或者碳包覆的方法。在磷酸亚铁锂中包覆或分散碳, 不仅可以增强粒子间的导电性能, 降低电池极化, 并且可提供给磷酸亚铁锂电子隧道, 从而补偿电荷平衡, 因此这成为了学者们首选的改性方法[2]。

Kim通过机械激活法, 在氮气的保护下, 六百度烧结十小时后合成包覆的磷酸亚铁锂。Croce等利用百分之一的铜银包覆了磷酸亚铁锂, 通过能量散射X射线谱分析, 得知金属通过超微米的方式分散在磷酸亚铁锂的周围。在磷酸亚铁锂中所分散的金属提供了导电桥, 从而增加了粒子和粒子间的导电性能, 提高磷酸亚铁锂的容量。

(2) 掺杂金属元素

碳与金属粒子包覆的方法, 虽然有效的改变了粒子间的导电性, 然而却对磷酸亚铁锂的颗粒内部导电性没什么影响, 当磷酸亚铁锂的颗粒尺寸较大时, 很难得到大电流高容量的产物。而金属掺杂得手段可使晶格在一定程度上产生缺陷, 因此可对材料的导电性能产生调节作用。

(3) 制备球形磷酸亚铁锂

要想实现锂离子电池的高能量比, 要求电池材料的具有较高的密度以及比容量, 而密度同颗粒形貌以及粒径等均有关系。若形状不规则, 则会有严重的粒子架桥现象。而用规则球形粒子来进行填充, 由于粒子间接触面比较小, 可有效避免架桥现象。所以, 制造球形的磷酸亚铁锂正极材料是增大堆积密度和比容量的有效方法[3]。

2.2 磷酸矾锂 (Li3V2 (PO4) 3)

磷酸矾锂电池具有很高的热稳定性、安全性和优良的放电平台。磷酸矾锂化合物晶型是单斜结构, 因此, Li+的扩散能力很高, 放电电压要比4.6V高, 在掺杂碳后能量密度高达2330m Wh/cm3。磷酸矾锂是一种很好的锂电池正极材料, 在电动车等行业拥有广泛的应用前景。

具有单斜结构的Li3V2 (PO4) 3的合成方法主要包括;碳热还原法、高温条件下固相合成法以及熔胶-凝胶等方法。Li3V2 (PO4) 3在不同放电区间的性能情况 (放电倍率为0.2) 见图1。结果表明, 磷酸矾锂电池在4.8V, 4.5V以及4.3V的截止电压下均能保持很好的电容量[4]。

掺杂碳的磷酸矾锂电池与掺杂碳的LiCoO2的锂电池在0℃和25℃条件下的放电曲线见图2。由图可见, 0℃时, 掺杂碳的磷酸矾锂电池拥有更高的放电电压以及更高是能量密度, 且比掺杂碳的LiCoO2的锂电池高20%左右。在25℃的条件下, 两者具有几乎等同的放电电压, 但是掺杂碳的磷酸矾锂电池的能量密度更高。

采用示差扫描量热分析实验对锂电池正极材料的热稳定性以及安全性进行测试及评价。具体方法是:将锂电池正极材料进行充电, 取出充电状态的材料, 对此材料做DSC实验。磷酸矾锂的DSC实验结果表明:当测试温度高于220℃时, 磷酸矾锂的DSC曲线呈现出两个分开的峰, 其放热量是248J。而相应状态下的LiCoO2的放热量为570J, LiMn2O4的放热量为340J。由此可见, 磷酸矾锂具有很高的热稳定性。

2.3 LiMn2O4

LiMn2O4化合物具有尖晶石结构, 其骨架是一个与四面体及八面体共面的三维网络。在LiMn2O4活性物质中, 锂离子的扩散系数极小, 数量级仅为10-9。电子的导电率也很低, 仅为10-6S/cm左右。

LiMn2O4化合物材料的优点是原材料资源极为丰富, 成本很低, 一般来说, Mn的价格仅为Co价格的2%—5%。LiMn2O4化合物材料环保安全无污染。但是, LiMn2O4化合物材料在充放电过程中存在很强的Jahn-Teller效应。当温度较高时, LiMn2O4的晶形结构会发生改变, 导致猛离子在电解质中溶解, 电极的活性物质丧失。这些都严重阻止了LiMn2O4化合物材料在锂电池领域的开发与应用[5]。

表2列举了主要锂电池的正极材料的性能一览表。由以上数据可以看出, LiVPO4在锂电池材料的应用领域具有很强的竞争力。极有可能成为新一代的锂电池正极材料的活性物质。

总之, 我国在动力锂离子电池的研发方面取得较大的成就, 是可喜的。然而为了进一步推动动力锂离子电池的更广泛使用, 并进一步提高其安全性, 更加方便人们的生活, 保障人们的人身安全, 还需进一步加大力度研究, 从而开发出更高效、更安全的动力锂离子电池正极材料。

参考文献

[1]蒋勇.锂离子电池正极材料LiFePO<4>的固相法合成及其性能研究[J].上海大学学报, 2008, 25 (6) :21-22

[2]王先友.新一代锂离子正极材料-金属氟化物的制备及其性能研究[J].有色矿冶, 2008, (6) .25

[3]谭龙.锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成与改性[J].湿法冶金, 2003, (6) :36

[4]刘祥哲.锂离子电池层状复合正极材料的制备与改性[J].济南大学学报, 2012, (3) .13

锂离子电池顶盖材料分析改进 篇10

锂离子电池顶盖 (图1) 一般采用不锈钢材质, 使电池内阻较高, 而且不能直接与铜连接片焊接, 需要采用镍或镍合金作填充金属材料才能焊接。因此如何找到一种锂离子电池顶盖材料, 既能降低电池内阻, 提高产品质量, 又能保证锂离子电池顶盖与铜连接片直接焊接, 取消中间复杂的铜片和镍片复合环节, 减少镍片和铜镍复合片作业成本, 成为当务之急。

1—电池盖板;2—正极极柱;3—正极顶盖;4—负极极柱;5—负极顶盖

2 现状分析

材料的电阻与其物理特性及尺寸的关系如下:

式中, R为电阻;ρ为电阻率;l为长度;s为导体横截面积。

不锈钢顶盖在20℃、1 m长、横截面积是1 mm2的时候测得的电阻率ρ为0.73Ωmm2/m, 电阻率较高。测得的锂离子不锈钢顶盖电池内阻见表1, 平均内阻较高。

不锈钢的熔点是1 500~1 600℃, 而铜连接片的熔点是1 000~1 100℃, 两者熔点差别较大, 因此锂离子电池不锈钢顶盖与铜连接片不能直接焊接, 而是先将镍片用酒精清洗, 清洗干净后与铜片贴合, 然后分别进行四周超声波点焊和激光满焊, 焊成铜镍复合片后再与不锈钢顶盖进行储能焊接。

3 顶盖材料改进与效果

由于铜的导热性较好, 铜和铜焊接互熔性好、熔透率高, 而且铜的电阻率较低, 在和不锈钢同等的条件下测得的电阻率为0.017 5Ωmm2/m, 电阻率显著降低, 因此将锂离子电池顶盖的不锈钢改为铜材料。

锂离子电池顶盖材料改进后, 测得的铜顶盖电池内阻见表2, 平均内阻比不锈钢顶盖电池降低了16.7%。铜顶盖与铜连接片可以直接进行储能焊接, 在人、机、料、法、环方面均产生了有益的效果, 见表3。

4 结束语

电池新材料 篇11

研究人员尝试在电池中利用锂金属取代碳阳极已有一段时间.不过，此前还没有人能解决电阻上升等问题，而这些问题将导致电池短路和过热.胡启超开发了一种锂金属箔阳极，从而极大地缩小了电池体积.不过，这需要将电池加热至80 ℃才能工作.为解决这一问题，该团队发明了一种电解液，以包裹锂金属箔.

此前，来自麻省理工学院的另一家公司A123 Systems由于技术不成熟而宣布破产，这导致了投资者对于电池技术的疑虑.SolidEnergy接管了A123闲置的设施，随后开始以具备商业可行性的方式自主制造电池.

目前，该公司计划于2016年11月推出自主的无人机电池，计划于2017年制造适合智能手机和其他电子设备的电池，而电动汽车电池将于2018年推出.从理论上来说，如果电池体积不变，在搭载这种电池的情况下，电动汽车的续航里程将提升一倍.

（摘自《中国有色网》）

晶体硅柔性电池封装材料以及应用 篇12

首先, 现在我们面临着能源危机:据专家估算, 以现在的能源消耗速度, 可开采的石油资源将在几十年后耗尽, 煤炭资源也只能供应人类约200年。进入21世纪能源问题已成为世界关注的一个重大问题。同时, 随着环境污染的日趋严重, 也促使人们努力去开发新能源, 特别是可再生能源。风能潮汐能等虽属可再生能源, 但受地理环境等条件的限制。唯有太阳能辐射到地球的每个角落, 因而成为21世纪最具大规模开发潜力的新能源之一。

其次, 现代社会应是节约型的社会, 而社会生活也应是节约能耗的生活。温家宝总理也于2005年6月30日提出并强调加快建设节约型社会的方针。而太阳能作为一种“取之不尽, 用之不竭”的新型环保能源已成为世界各国能源研究工作中的一个重要课题。

第三柔性电池具有很大的开发前景。如今量产的太阳能电池里, 95%以上是硅基的, 而剩下的不到5%是由其它材料制成的, 柔性太阳能电池便是其中一部分。柔性太阳能电池的优势包括:成本低、重量轻、可弯曲。为满足柔性太阳能电池日益扩大的市场需求, 大部分厂商都在计划提高产能, 包括美国First Solar、富士电机, 美国Nanosolar、三洋电机、美国United Solar Ovonic, LLC、英国G24 Innovations Limited在内的多家公司, 均计划建设发电量在100MW以上的工厂。

本文主要分析了传统电池和柔性电池的制备工艺之间的区别, 柔性电池的具有的优势以及柔性电池的应用。

二、传统封装技术和柔性电池的对比—整理一下结构图最好自己重画一下

经过太阳能电池的实际使用, 各国研究人员逐渐意识到太阳能电池的封装材料对电池的光电转换效率、使用寿命都有很大的影响。未来寻找理想的封装材料, 人们做了大量的研究工作, 目前在太阳能晶体硅封装已经形成了相对成熟的封装工艺, 在原材料的选用上也相对成熟。

普通硬衬晶体硅组件的封装原材料:

钢化玻璃

采用低铁钢化绒面玻璃 (又称为白玻璃) , 厚度3.2mm, 在光伏电池光谱响应的波长范围内 (320nm-1100nm) 透光率达91%以上, 对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射, 透光率不下降。抗机械冲击强度好, 防冰雹、抗风压良好, 表面透光性≧91%, 弯曲度不超过0.2%。

EVA

一种热融胶粘剂, 常温下无粘性而具抗粘性, 以便操作, 经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化。透光性能和耐侯性能要求比较高, 作用:封装的电池片, 防止外界环境对电池片的电性能造成影响, 同时增强组件的透光性, 将电池片, 钢化玻璃, TPT粘接在一起, 具有一定的粘接强度, 具有良好的抗紫外线能力。

TPT

用在组件背面, 作为背面保护封装材料, 对阳光起反射作用, 对组件的效率略有提高,

其材料的特点电气绝缘、阻燃性, 卓越的耐候性, 增强组件的抗渗水性, 与EVA、接线盒有良好的粘接性能。

铝合金边框

铝合金表面必须经过钝化处理——阳极氧化, 表面氧化层厚度大于12μm。用于封装的边框应无变型, 表面无划伤, 要保证长达25a的使用寿命。

接线盒

组件的正、负极从TPT引出后需要一个专门的接线盒来实现与负载的连接运行。具有防老化和抗紫外辐射特性, 能确保组件在室外使用25a以上不出现老化破裂现象。

其主要功能是保护玻璃边缘, 铝合金结合硅胶打边加强了组件的密封性能, 大大提高了组件整体的机械强度 (抗风压, 雪压要求) , 便于组件的安装, 运输 (设计要便于安装, 与建筑一体化) 。

封装示意图:

由于非晶硅太阳能电池做成柔性的组件是很常见的, 美国UNI-SOLAR公司, 目前的国内的津能-unisolar都在做非晶硅柔性电池的封装, 但是目前存在的成本问题, 其成本及售价还是相对比较高, 因为电池片是通过国外进口才能购得, 而最近几年随着晶体硅的快速发展, 以及产业链的成熟度越来越高, 所以相对于硅片的价格持续走低, 用晶体硅做柔性电池的趋势越来越受到关注, 晶体硅的转换效率比非晶硅要高的多, 如果能实现柔性封装的技术, 将来在柔性太阳能的领域将是会有很大的发展空间。

但是基于晶体硅电池的特点, 电池片薄而脆的, 只有0.18mm厚, 容易断裂, 对于做成柔性电池的是很大的挑战, 但是通过技术上是能实现的, 那么在工艺与原材料的选择与普通的晶体硅封装和非晶硅的柔性电池的封装是有很大区别的。

晶体硅柔性太阳能组件的封装材料:

ETFE

ETFE的化学名称是乙烯-四氟乙烯共聚物, 是一种独特的热塑性氟聚合物。ETFE综合了优良的机械性质、良好的加工性、以及杰出的绝缘性和耐化学性。它不含有任何增塑剂或粘合剂, 因此, 能够完全体现出氟树脂的优异性能。

ETFE具有杰出的耐候和抗老化能力, 抗拉强度强, 拉伸率在420, 透光率高96%, 与EVA的粘接强度好, 优良的耐热性、耐化学性、不粘性和杰出的绝缘。作为太阳能电池封装材料的窗口, 非常适合。

EVA

其性能同晶体硅的封装使用的EVA, 各项性能指标如下, 良好的抗拉强度, 可见光透射率≥87%, 断裂伸长率良好≥650;粘接强度良好, 耐辐照性好, 吸水率低;耐热性、耐湿性、抗冲击性、霰弹袋冲击性能、紫外线截止率98.5%。

背板:环氧树脂版

此种材料具有良好的粘附力, 环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在, 使其对各种物质具有很高的粘附力。收缩性低, 环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的, 没有水或其它挥发性副产物放出。力学性能好。电性能, 固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。化学稳定性, 通常, 固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。适当地选用环氧树脂和固化剂, 可以使其具有特殊的化学稳定性能。具有突出的尺寸稳定性和耐久性。耐霉菌性能好, 可以在苛刻的热带条件下使用。

迷彩布

迷彩布材料成分:65%棉和35%聚乙烯, 结构组成:毛线/斜纹织物, 其特点:防水, 防油, 防缩水, 防火设计, 防皱, 抗菌, 防辐射以及抗静电。用于太阳能电池组件的辅材封装, 可以起到便携, 按照设计裁剪, 使组件组合形式多样化, 并适合军事装备使用。

三、柔性电池在军事装备中的应用

太阳能作为一种新型能源受到各国不变的重视而发展迅猛, 但在军事装备中应用则起步较晚, 这主要是因为太阳能电池的转换率较低, 造价居高不下, 电池板笨重易碎。随着技术上的飞跃, 太阳能电池性能不断提高, 价格也不断下降, 使其可能成为数字化部队装备的立项电源。而晶体硅做成柔性电池, 可不但提高了转换效率, 同时也提高了便携性, 成本偏低, 避免了电池片从国外采购的瓶颈。

目前国内的军队也大力推进信息化建设, 数字化装备开始装备部队, 美军所面临的单军作战负载过重的问题也正是我们军队所面临的, 甚至难度更大, 如果完全依赖充电电池作为数字化装备, 这种的负重不适合中国士兵的体质。柔性电池组件在军队中的使用前景光明, 并能解决负载过重的瓶颈。

四、总结

本文总结了柔性电池的和普通电池加工工艺上的区别以及采用的主要原材料的性能;并分析了柔性电池的主要优势。并结合现在的实际情况分析了柔性电池在建筑中应用的应用方法等。

参考文献

《并网型太阳能光伏发系统》崔荣强 赵春江 吴达成