稀土鋰電池特點

1、毛永軍主要內(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) 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(xué)性質(zhì)活潑，使其加工、保存、使用時對環(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。 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

2、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：Li+ + 6C + e LiC6 LiMO2 MO2 + Li+ + e 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⊥龄囯姵亍?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原材料的晶體結(jié)構(gòu)，只改變其晶格常數(shù)C。 由于稀土原子半

3、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(rèn)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(xué)性能。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(yīng)用的原因之一。下圖是部分稀土元素的物理性質(zhì)。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

4、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。 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(yīng)。記憶效應(yīng)是電池電未用完充電時容量下降。傳統(tǒng)電池記憶效應(yīng)很嚴(yán)重。稀土鋰電池相對于一般鋰電池又具有如下優(yōu)點： 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

5、了材料的電化學(xué)循環(huán)可逆性，延長了電池壽命。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：國外近三十年來公開發(fā)表專利的數(shù)量變化： 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。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 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、SUMITOMO OSAKA

6、CEMENT CO LTD 2、Suwon-si, KR 3、Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd 4、NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL &amp 5、SANTOKU CORP 6、TECHNOLOGY 7、HITACHI LTD 8、Samsung Sdi Co Ltd 9、Automotive Technologies International Inc 10、Matsushita Electric Industrial Co Ltd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(xué)公司 澳大利亞： A123systems 公司中國： BYD公司以及Duracell公司英國： AGM Batteries Ltd 公司美國： GlobTe