稀土鋰電池特點

稀土鋰電池特點第一頁，共二十頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容1、稀土鋰電池原理2、稀土鋰電池與傳統(tǒng)電池性能比較3、國內(nèi)外有關(guān)稀土鋰電池的專利申請4、稀土鋰電池研發(fā)強力單位(TOP10)5、稀土鋰電池生產(chǎn)強力單位(TOP10)第二頁，共二十頁，2022年，8月28日稀土鋰電池原理傳統(tǒng)鋰電池鋰是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。但由于鋰金屬的化學性質(zhì)活潑，使其加工、保存、使用時對環(huán)境要求嚴格。因此其應用用受到極大限制。后來，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰，只有鋰離子，因此稱為鋰離子電池，簡稱鋰電池。第三頁，共二十頁，2022年，8月28日鋰電池的正極材料通常是有鋰的活性化合物組成，負極是具有特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。充電時，加在電極兩側(cè)的電勢迫使正極的化合物釋放出鋰離子，嵌入負極分子排列呈片狀結(jié)構(gòu)的碳中。放電時，鋰離子從層片狀談結(jié)構(gòu)中析出，重新和正極的化合物結(jié)合，電子在外電路流過，產(chǎn)生電流。原理圖如下：第四頁，共二十頁，2022年，8月28日Li++6C+e

LiC6

LiMO2

MO2+Li++e第五頁，共二十頁，2022年，8月28日鋰電池的發(fā)展主要是由于正極材料的更新。正極材料由最初的金屬鋰到LiCoO2，而現(xiàn)在最有可能替代LiCoO2的LiMn2O4。然而當前最具有發(fā)展?jié)摿Φ氖窍⊥龄囯姵亍Ｋ^稀土鋰電池就是在原鋰電池正極材料中參雜稀土元素，如參雜在LiCoO2中可以形成LiCoReO2化合物。參雜的稀土元素不改變原材料的晶體結(jié)構(gòu)，只改變其晶格常數(shù)C。第六頁，共二十頁，2022年，8月28日由于稀土原子半徑較大，會使C增加，即意味著層間距變大，那么也就具有更快的Li+嵌入和遷出能力，更優(yōu)異的充放電穩(wěn)定性。另外，稀土的加入，會使結(jié)晶更完整，顆粒更均勻。Li+遷出后，夾層之間的靜電斥力增加，因此提高O-Co-O層的極化力有利于層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。徐光憲認為陽離子對陰離子的極化能力和電荷的平方成正比，半徑成反比。因此選擇電荷高、離子半徑小、極化能力強的離子能提高正極材料的電化學性能。第七頁，共二十頁，2022年，8月28日稀土金屬電荷比較高，由于具有d層或f層電子，其極化率也很強。但相比只有鈰的電荷半徑比較大。這也是稀土元素得到廣泛應用的原因之一。下圖是部分稀土元素的物理性質(zhì)。第八頁，共二十頁，2022年，8月28日鋰電池性能優(yōu)點：1、比能量高，開發(fā)潛力大。具有高儲存能量密度，目前已達到460-600Wh/kg。2、使用壽命長，平均壽命可達到6年以上。3、自放電率很低。目前一般可做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20。4、綠色環(huán)保。不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。5、工作溫度范圍寬，可以在-20℃-60℃的環(huán)境下使用。第九頁，共二十頁，2022年，8月28日6、額定電壓高（單體工作電壓為3.7V），約等于3只鎳鎘充電電池的串聯(lián)電壓。7、無記憶效應。記憶效應是電池電未用完充電時容量下降。傳統(tǒng)電池記憶效應很嚴重。稀土鋰電池相對于一般鋰電池又具有如下優(yōu)點：第十頁，共二十頁，2022年，8月28日由于稀土元素的加入，充電穩(wěn)定性提高。同時保證了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,改善和提高了循環(huán)性能。稀土元素在擴充了鋰離子遷移的三維通道，有效提高了材料的電化學循環(huán)可逆性，延長了電池壽命。第十一頁，共二十頁，2022年，8月28日稀土鋰電池國內(nèi)外專利對比近三十年來中國公開發(fā)表的專利：第十二頁，共二十頁，2022年，8月28日國外近三十年來公開發(fā)表專利的數(shù)量變化：第十三頁，共二十頁，2022年，8月28日近三十年來，中國公開發(fā)表專利總共有七項，到目前為止有效專利只有三項。在這期間，國外發(fā)表的有關(guān)稀土鋰電池的專利有101項，其中美國有40項，日本有55項，世界專利有5項。從上表可以看出，各個國家都在加強對稀土鋰電池的研究。中國雖然在進步，但和日本與美國仍有很大差距；很多主要專利被日本和美國壟斷。第十四頁，共二十頁，2022年，8月28日稀土鋰電池研發(fā)強力單位各單位申請專利數(shù)量的對比第十五頁，共二十頁，2022年，8月28日通過分析各個研發(fā)機構(gòu)申請專利的數(shù)量，來比較其研發(fā)能力。下面是研發(fā)能力較強的單位：1、SUMITOMOOSAKACEMENTCOLTD2、Suwon-si,KR3、SemiconductorEnergyLaboratoryCo.Ltd4、NATIONALINSTITUTEOFADVANCEDINDUSTRIAL&5、SANTOKUCORP第十六頁，共二十頁，2022年，8月28日6、TECHNOLOGY7、HITACHILTD8、SamsungSdiCoLtd9、AutomotiveTechnologiesInternationalInc10、MatsushitaElectricIndustrialCoLtd第十七頁，共二十頁，2022年，8月28日全球稀土鋰電池生產(chǎn)強力公司：日本：三洋電機索尼公司松下公司韓國：三星SDI公司LG化學公司

第十八頁，共二十頁，2022年，8月28日澳大利亞：A123systems公司中國：BYD公司以及Duracell公司英國：AGMBatteriesLtd公司美國：GlobTek,Inc公司第十九頁，共二十頁，