新能源材料之電池材料(編輯修改稿)
2025-08-31 01:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ：使用多元合金中調(diào)節(jié)材料，其中的熱力學性質(zhì)，對材料的電催化活性有效改善，在寬溫度范圍中對材料的綜合電化學的性能等；在新材料開發(fā)商，對AB35 合金上的研究也具備較大進展，其中容量已經(jīng)達到430mAh/g，如果環(huán)境的溫度低于了零下40 攝氏度，容量比常溫下的容量高大約70%，其電荷轉(zhuǎn)移的阻抗以及傳質(zhì)擴散之阻抗都比較低，但是其循環(huán)的穩(wěn)定性方面依然存在缺陷[911]。如圖2所示為800mAh AAA鎳氫電池。圖2 800mAh AAA鎳氫電池在我國研發(fā)質(zhì)子交換膜的燃料電池方面所投入比例較大，但是主要還是放在了燃料電池發(fā)動機方面，質(zhì)子交換膜、催化劑及碳紙等各種材料還是要進口。經(jīng)過各個國家共同努力下，燃料電池的催化劑研發(fā)上得到進一步發(fā)展，尤其是在Pt/C及PtRu/C催化劑研發(fā)上進展比較大，并有了穩(wěn)定的批量供應能力，同時低鉑催化劑、抗中毒催化劑及非鉑催化劑等再生與回收技術(shù)上都取得較大進步。目前鎳氫電池已進入成熟期，主要應用于混合動力汽車上。例如我國長春一汽、東風電動車輛股份有限公司和長安汽車等單位在其開發(fā)的混合動力轎車如圖3所示、混合動力客車中，大多使用了鎳氫動力電池[12]。圖 3 混合動力轎車目前鋰離子電池的負極材料以碳質(zhì)材料為主，包括中間性炭微球和改性天然石墨等，鋰離子電池正極材料主要為LiCo02，同時LiMn204，LiFePO4和鋰鎳鈷錳氧化物等新型正極材料也在開發(fā)和應用過程中。 鋰離子電池發(fā)展狀況我們平時所使用的手機電池、筆記本電池都是鋰離子電池，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)在我國也發(fā)展得十分繁榮[13]。新能源材料的研發(fā)是全球科研的趨勢，作為當代大學生，應當抓住這個機遇，積極投身新能源事業(yè)，通過提高新能源的技術(shù)工藝，克服生產(chǎn)難關(guān)，來達到綠色、環(huán)保、和諧的科技創(chuàng)新之路。由于其工作電壓與重量能量密度優(yōu)于常用的鎳鎘電池(Ni/Cd)與Ni/MH電池，又無記憶效應及環(huán)保問題(鋰離子電池的金屬含量最低)，因此成為目前商業(yè)開發(fā)二次電池的主流；還以其薄形化及形狀有高度的可塑性等特點，因此符合電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的要求，所以備受各國科學家及電池業(yè)的重視，發(fā)展極快[14]。鋰離子電池被人們稱為“綠色環(huán)保能源”和“跨世紀的能源革命”。鋰離子電池是照相機、電子手表、計算器、各種具有儲存功能的電子器件或裝置的理想電源。鋰離子電池充放電示意圖及電池反應如圖4所示。C6 + LixMmOn ←→LiyC6 + LixyMmOn圖 4鋰離子電池充放電示意圖及電池反應 鋰離子電池正負極材料20 世紀 70 年代末期，Murphy 等人及 Lazzari 和 Scrosati首次提出“搖椅式”電池的概念，即用低嵌鋰電位的層間化合物代替金屬鋰負極，配之以高插鋰電位的化合物作為正極，從而避免了金屬鋰枝晶的沉積，因此安全性得以顯著提高. 但由于這種電池存在工作電壓低、鋰離子在負極材料中擴散慢等問題， 研究與開發(fā)一度陷入停滯不前的局面[15]。 直到 1985 年， Yoshino 等人以石油焦作為負極材料， 采用鈷酸鋰為正極材料， 構(gòu)建出一種全新的高電壓鋰離子電池， 并在 1990 年后被日本索尼公司大規(guī)模商業(yè)化。 這種正負極材料組合的鋰離子電池循環(huán)壽命大大延長， 同時安全性也顯著提高， 成為鋰電池發(fā)展史上的一個里程碑。 鋰離子電池性能的提高歸根到底與電池材料的選擇有關(guān)[16]。 因此， 探索新的高性能材料一直是鋰離子電池研究中的焦點。 常見的鋰離子電池正負極材料如圖 5所示。圖 5常見的鋰離子電池正負極材料石墨類負極具有優(yōu)良的綜合特性，一直被廣泛應用。由于非碳負極材料存在嚴重的固有缺陷，如合金類負極循環(huán)特性差、平臺不理想等，因此可以預見，在今后相當長一段時期內(nèi)，石墨類負極仍將占據(jù)商品化負極材料的絕對優(yōu)勢地位[17]。隨著移動電子設備、電動汽車及大型儲能的發(fā)展，未來新型炭負極的發(fā)展將主要集中在3個方面:(1)鋰離子動力電池用高功率石墨負極，主要包括人造石墨及中間相炭微球的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及性能提高等；(2)非石墨類高容量炭負
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