稀土鋰電池特點(diǎn)課件

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(qǐng)4、稀土鋰電池研發(fā)強(qiáng)力單位(TOP10)5、稀土鋰電池生產(chǎn)強(qiáng)力單位(TOP10)主要內(nèi)容1、稀土鋰電池原理1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(fù)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(xué)性質(zhì)活潑，使其加工、保存、使用時(shí)對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格。因此其應(yīng)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(fù)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(jiǎn)稱鋰電池。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(fù)極材2鋰電池的正極材料通常是有鋰的活性化合物組成，負(fù)極是具有特殊分子結(jié)構(gòu)的碳。充電時(shí)，加在電極兩側(cè)的電勢(shì)迫使正極的化合物釋放出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片狀結(jié)構(gòu)的碳中。放電時(shí)，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：鋰電池的正極材料通常是有鋰的活性化合物組成，負(fù)極是具有特殊分3Li++6C+e

LiC6

LiMO2

MO2+Li++eLi++6C+eLiC64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(dāng)前最具有發(fā)展?jié)摿Φ氖窍⊥龄囯姵?。所謂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?cè)牧系木w結(jié)構(gòu)，只改變其晶格常數(shù)C。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5由于稀土原子半徑較大，會(huì)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(huì)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(rèn)為陽離子對(duì)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(qiáng)的離子能提高正極材料的電化學(xué)性能。由于稀土原子半徑較大，會(huì)使C增加，即意味著層間距變大，那么也6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(qiáng)。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(yīng)用的原因之一。下圖是部分稀土元素的物理性質(zhì)。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(qiáng)。7鋰電池性能優(yōu)點(diǎn)：1、比能量高，開發(fā)潛力大。具有高儲(chǔ)存能量密度，目前已達(dá)到460-600Wh/kg。2、使用壽命長(zhǎng)，平均壽命可達(dá)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。鋰電池性能優(yōu)點(diǎn)：1、比能量高，開發(fā)潛力大。具有高儲(chǔ)存能量密度86、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(yīng)。記憶效應(yīng)是電池電未用完充電時(shí)容量下降。傳統(tǒng)電池記憶效應(yīng)很嚴(yán)重。稀土鋰電池相對(duì)于一般鋰電池又具有如下優(yōu)點(diǎn)：6、額定電壓高（單體工作電壓為3.7V），約等于3只鎳鎘充電9由于稀土元素的加入，充電穩(wěn)定性提高。同時(shí)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(kuò)充了鋰離子遷移的三維通道，有效提高了材料的電化學(xué)循環(huán)可逆性，延長(zhǎng)了電池壽命。由于稀土元素的加入，充電穩(wěn)定性提高。同時(shí)保證了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定10稀土鋰電池國內(nèi)外專利對(duì)比近三十年來中國公開發(fā)表的專利：稀土鋰電池國內(nèi)外專利對(duì)比近三十年來中國公開發(fā)表的專利：11國外近三十年來公開發(fā)表專利的數(shù)量變化：國外近三十年來公開發(fā)表專利的數(shù)量變化：12近三十年來，中國公開發(fā)表專利總共有七項(xiàng)，到目前為止有效專利只有三項(xiàng)。在這期間，國外發(fā)表的有關(guān)稀土鋰電池的專利有101項(xiàng)，其中美國有40項(xiàng)，日本有55項(xiàng)，世界專利有5項(xiàng)。從上表可以看出，各個(gè)國家都在加強(qiáng)對(duì)稀土鋰電池的研究。中國雖然在進(jìn)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。近三十年來，中國公開發(fā)表專利總共有七項(xiàng)，到目前為止有效專利只13稀土鋰電池研發(fā)強(qiáng)力單位各單位申請(qǐng)專利數(shù)量的對(duì)比稀土鋰電池研發(fā)強(qiáng)力單位各單位申請(qǐng)專利數(shù)量的對(duì)比14通過分析各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)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(qiáng)的單位：1、SUMITOMOOSAKACEMENTCOLTD2、Suwon-si,KR3、SemiconductorEnergyLaboratoryCo.Ltd4、NATIONALINSTITUTEOFADVANCEDINDUSTRIAL&5、SANTOKUCORP通過分析各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)專利的數(shù)量，來比較其研發(fā)能力。156、TECHNOLOGY7、HITACHILTD8、SamsungSdiCoLtd9、AutomotiveTechnologiesInternationalInc10、MatsushitaElectricIndustrialCoLtd6、TECHNOLOGY16全球稀土鋰電池生產(chǎn)強(qiáng)力公司：日本：三洋電機(jī)索尼公司松下公司韓國：三星SDI公司LG化學(xué)公司

全球稀土鋰電池生產(chǎn)強(qiáng)力公司：日本：17澳大利亞：A123systems公司中國：BYD公司以及Duracell公司英國：AGMBatteriesLtd公司美國：