【正文】 大學(xué)四年里，西南科技大學(xué)理學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師們給予了我真誠的幫助和關(guān)心，生活中為我排憂解難，學(xué)習(xí)上提供了優(yōu)越的環(huán)境，也向他們表示衷心的感謝。致謝在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，不少老師都十分關(guān)心我畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況，同時(shí)也為我畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成提供了很大的幫助。 主要的工作有以下幾點(diǎn):介紹了鋰離子電池發(fā)展歷程和優(yōu)勢，闡述了鋰離子電池概念股在A股市場上大幅度上漲的原因。這鮮活的事例，彰顯了國內(nèi)鋰離子電池廠商的強(qiáng)勁實(shí)力和鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展！結(jié)論本論文通過介紹鋰離子電池的原材料與工作原理，提高了對(duì)鋰離子電池的結(jié)構(gòu)特性和工作機(jī)制的認(rèn)識(shí)。其未來的市場前景十分廣闊，被視為21世紀(jì)發(fā)展的理想能源。市場分析人士認(rèn)為，隨著鋰離子電池技術(shù)的提高，以及大規(guī)模制造導(dǎo)致成本降低，未來有可能替代鎳氫產(chǎn)品成為HEV動(dòng)力電池的主流。在日本國內(nèi)廠商中，豐田汽車、富士重工業(yè)、三菱汽車已經(jīng)決定采用鋰離子充電電池，而在歐美，戴姆勒也表示采用。目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中開始試用。相對(duì)而言，鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量密度大、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長，得到廣泛的認(rèn)可。隨著時(shí)間的延長，鋰離子電池的容量會(huì)緩慢衰退，與使用次數(shù)無關(guān)，而與溫度有關(guān)。增加保護(hù)電路，防止過充、過放、過載、過熱。UPS、太陽能、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電等分散式獨(dú)立電源系統(tǒng)儲(chǔ)能對(duì)電池功率和能量密度要求不高；體積和重量要求相對(duì)較低0～20年使用壽命，免維護(hù)，性能穩(wěn)定，價(jià)格低，較好的溫度特性和較低的自放電率動(dòng)力型電池（高功率）各種電動(dòng)車、電動(dòng)工具、大功率器具要求高功率密度，在安全性、溫度特性、成本、自放電率等方面有較高的要求目前水平800～1500 W/kg，目標(biāo)2000以上W/kg微型電池?zé)o線傳感器、微型無人飛機(jī)、植入式醫(yī)療裝置、智能芯片、微型機(jī)器人、集成電路電器維護(hù)困難，對(duì)穩(wěn)定性、壽命要求很高要求壽命長，穩(wěn)定性好，全固態(tài)電池表51 鋰離子電池的發(fā)展方向類別區(qū)分［27］針對(duì)鋰離子電池的物理特性，鋰離子電池自身也存在著一定的缺陷。鉛酸蓄電池使用之后的回收價(jià)值在40%以上，而鋰離子電池的回收價(jià)值幾乎是零［26］。雖然鋰離子電池由于能量遠(yuǎn)高于鉛酸蓄電池，因此單位功率的原輔材料成本并沒有表現(xiàn)出來的成本差距那么大，但是二者的材料成本差距確實(shí)存在，而且差距以倍數(shù)計(jì)。中南大學(xué)化學(xué)電源與材料研究所所長唐有根表示，即便是鋰的成本和安全性的問題全部解決了，今后用鋰離子電池替代汽油的話，也滿足不了全部需求，因?yàn)檫@相當(dāng)于用一種緊缺的資源去替代另一種緊缺的資源［25］。海水中鋰的總儲(chǔ)量達(dá)2600億噸，但濃度太小，提煉困難。中國關(guān)于鋰離子電池及材料的知識(shí)產(chǎn)權(quán)從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看似乎不少，但原創(chuàng)性發(fā)明極少，特別是電池材料，關(guān)鍵材料很難擺脫國外知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制約［24］。3. 相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)重視規(guī)模產(chǎn)業(yè)化前的應(yīng)用研究，不斷完善技術(shù)，防止批量生產(chǎn)的質(zhì)量問題發(fā)生。中國DVD產(chǎn)量在2002年占世界產(chǎn)量的90％，然而國內(nèi)的DVD生產(chǎn)企業(yè)不重視DVD專利權(quán)的申請(qǐng)，最后大部分專利權(quán)被跨國公司所占有，導(dǎo)致國產(chǎn)DVD品牌全軍覆沒。5. 質(zhì)量問題顯現(xiàn)。4. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向帶有“政績工程”色彩。對(duì)于一個(gè)發(fā)展中國家來說，汽車不可能短時(shí)間就普及，全國乘用車的年增量也就幾百萬輛，由于技術(shù)、市場等原因，我國的電動(dòng)汽車也不可能短期內(nèi)就發(fā)展成很大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，現(xiàn)有投資規(guī)模已遠(yuǎn)超出市場預(yù)期。國內(nèi)動(dòng)力型鋰離子電池在高速發(fā)展的同時(shí)，存在著以下幾大問題:1. 發(fā)展過熱，盲目投資。年份(年)20002001200220032004200520062007200820092010產(chǎn)量(億)表41 歷年國內(nèi)鋰離子電池的產(chǎn)量從表41可以明顯地看出，國內(nèi)鋰離子電池的產(chǎn)量每一年都在增加，即使是遇上金融危機(jī)的2008年，%［21］。而普通電池來講，因?yàn)椴牧喜捎脟a(chǎn)的，性能比日本的就要差一點(diǎn)，但如果從性價(jià)比來講，國內(nèi)的鋰離子電池性價(jià)比較高［20］。從技術(shù)規(guī)模上來看，我國在鋰離子電池技術(shù)和產(chǎn)品上已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平，規(guī)模在進(jìn)一步擴(kuò)大，深圳比亞迪和天津力神更是進(jìn)入了國際前十名之列。近些年三洋公司一直是世界上最大的鋰離子電池生產(chǎn)商。這樣,大量外匯、資金的投入和長期的磨合、試制,無疑會(huì)增大鋰離子電池在研究和未來市場競爭中的風(fēng)險(xiǎn)［19］。尤其是在材料和工藝的選配及設(shè)備選型上,還存在高成本、高風(fēng)險(xiǎn)等不利于市場競爭的因素。7. 其它方面的應(yīng)用。除了美國航空航天局的星際探索外，其它航天組織也在考慮將鋰離子電池應(yīng)用于航天任務(wù)中。發(fā)展新一代電動(dòng)汽車和混合電動(dòng)汽車作為無污染、少污染、能源多樣化配置的新型交通工具將成為必然趨勢。如果采用鋰離子電池，電池的質(zhì)量只有3公斤左右。因?yàn)殡妱?dòng)自行車在行使時(shí)不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車的擁有量不斷增加。一個(gè)筆記本電腦至少要配置一只鋰離子電池。因此，手機(jī)電池的市場不但是巨大的，而且既長期又穩(wěn)定，極具持久力和潛在力［16］。1. 移動(dòng)電話的應(yīng)用。電池的各電極反應(yīng)和電池的反應(yīng)分別為：負(fù)極：6C＋xLi+＋xe≒LixC6 正極：LiCoO2≒xLi+＋Li1XCoO2＋Xe 電池總反應(yīng)：LiCoO2＋6C≒li1xCoO2＋LixC6在正常充放電的情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層面間距變化，不破壞晶體結(jié)構(gòu)，在充放電過程中，負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變。圖34 鋰離子電池的工作原理示意圖鋰離子電池實(shí)際上是一種鋰離子濃差電池，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。如圖31，為聚合物鋰離子電池的結(jié)構(gòu)圖。透氣率是透氣膜重要的物化指標(biāo)，由膜的孔徑分布、孔隙率等決定。干法是將聚烯烴樹脂熔融，擠壓、吹制成結(jié)晶性高分子薄膜，經(jīng)過結(jié)晶化熱處理、退火后，得到高度取向的多層結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)一步拉伸，將結(jié)晶界面進(jìn)行剝離，形成多孔結(jié)構(gòu)，可以增加隔膜的孔徑［13］。濕法是將液態(tài)的烴或一些小分子物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，揮發(fā)溶劑，進(jìn)行相分離，再壓制得到膜片；將膜片加熱至接近結(jié)晶熔點(diǎn)，保溫一定時(shí)間，用易揮發(fā)物質(zhì)洗脫殘留的溶劑，加入無機(jī)增塑劑粉末使之形成薄膜，進(jìn)一步用溶劑洗脫無機(jī)增塑劑，最后將其擠壓成片。隔膜是鋰離子電池重要的組成部分，其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直 接影響電池的容量、循環(huán)性能等特性。而EC在石墨電極上的還原產(chǎn)物(CH2OCO2Li)2是一種致密的、高效能的鈍化劑，它不僅能阻止溶劑分子共插對(duì)電極的破壞，而且還具有較好的導(dǎo)鋰性能。許多研究者都認(rèn)為PC易于在石墨化電極中發(fā)生共嵌入，而且PC的分解電勢小于相應(yīng)的溶劑化嵌入鋰離子的還原電勢，這種二元嵌入化合物是不穩(wěn)定的，PC將在石墨層間分解產(chǎn)生丙烯。石墨的理論容量為372mAh/g，但絕大多數(shù)的嵌鋰容量低于此理論容量。焦炭為非完美石墨結(jié)構(gòu)的碳材料，鋰在石油焦中的最大理論化學(xué)嵌入量為 LiC12，電化學(xué)容量為186mAh/g。被研究過的此類添加劑主要有二茂鐵及其衍生物和Fi、Ru、Ir或者Ce等的聯(lián)吡啶或鄰菲咯啉的金屬絡(luò)合物以及苯環(huán)上被兩個(gè)甲氧基和一個(gè)鹵素原子取代的芳香族化合物。在有機(jī)溶劑分子中引入鹵素，得到的化合物具有非常好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，不易燃燒。其中LiPF4(CF3)2具有最好的綜合性能。LiBF4和LiPF6都有較好的環(huán)境友好性，但它們也都存在熱穩(wěn)定性差和易水解的缺點(diǎn)。常用的電解質(zhì)鋰鹽主要包括LiClOLiBFLiAsFLiPFLiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2等，其中LiPF6以較好的電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境友好性而在商品化的鋰離子電池中獲得了應(yīng)用，而其它電解質(zhì)鋰鹽則多用于實(shí)驗(yàn)室研究中。摻入鈷的量越高，樣品的嵌鋰能力越低，循環(huán)穩(wěn)定性越好，但初始容量顯著降低。摻雜就是通過在正極材料中引入其它原子，從而改善其穩(wěn)定性，提高電極結(jié)構(gòu)變化的可逆性，延長循環(huán)壽命。在正極材料中，LiMn2O4具有最低的成本和較好的耐過充性和安全性。最早用于商品化的鋰離子電池中的正極為LiCoO2，它具有可靠的性能，較長 的循環(huán)壽命，幾乎成為鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn)正極材料；但同時(shí)它的可逆容量不高(130mAh/g)，鈷金屬不僅價(jià)格昂貴，而且還有一定毒性。本章將詳細(xì)介紹鋰離子電池這四種原材料。 Ion3. 介紹國內(nèi)鋰離子電池的現(xiàn)狀。當(dāng)前以北京大力水手公司生產(chǎn)的新型磷酸鐵鋰材料及動(dòng)力電池來配備的電動(dòng)車，廣泛出口到歐洲市場，選擇磷酸鐵鋰作為電動(dòng)車電池將是一種具有長遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義的明智選擇?！?. 綠色環(huán)保。可充電池經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)?！?. 大容量?！?. 可大電流快速充放電。綜合考慮，性能價(jià)格比將為鉛酸電池的5倍以上［5］。正由于鋰離子電池?fù)碛幸韵掳朔N無可比擬的優(yōu)勢特點(diǎn)，才會(huì)被市場如此看好。整個(gè)8月份， 鋰離子電池概念股全線上漲，橫店東磁、江特電機(jī)漲幅超過100%；德賽電池、佛山照明、金瑞科技、湘潭電化漲幅超過50%；江蘇國泰實(shí)際發(fā)展前景還有待時(shí)間檢驗(yàn)。比如佛山照明（000541），雖然傳出內(nèi)幕交易和泄密丑聞，但這并沒有阻止佛山照明向新能源領(lǐng)域高歌猛進(jìn)，其也成為了8月份的明星股。正因?yàn)槿绱?，才?