稀土鋰電池特點(diǎn)

稀土鋰電池調(diào)研報(bào)告毛永軍主要內(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(guó)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)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(lái)，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(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰，只有鋰離子，因此稱為鋰離子電池，簡(jiǎn)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(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(guò)，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?。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。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(yáng)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。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)。鋰電池性能優(yōu)點(diǎn)：1、比能量高，開(kāi)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。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(wú)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)：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。稀土鋰電池國(guó)內(nèi)外專利對(duì)比近三十年來(lái)中國(guó)公開(kāi)發(fā)表的專利：國(guó)外近三十年來(lái)公開(kāi)發(fā)表專利的數(shù)量變化：近三十年來(lái)，中國(guó)公開(kāi)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(guó)外發(fā)表的有關(guān)稀土鋰電池的專利有101項(xiàng)，其中美國(guó)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(guó)家都在加強(qiáng)對(duì)稀土鋰電池的研究。中國(guó)雖然在進(jìn)步，但和日本與美國(guó)仍有很大差距；很多主要專利被日本和美國(guó)壟斷。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)比通過(guò)則分析多各個(gè)土研發(fā)瓶機(jī)構(gòu)斃申請(qǐng)菠專利余的數(shù)討量，琴來(lái)比若較其等研發(fā)懲能力徐。下面運(yùn)是研置發(fā)能烈力較冷強(qiáng)的猛單位綢：1、劑SU泛MI款TO設(shè)MO督O酸SA襖KA聽(tīng)C泊EM崖EN沙T罪CO慌L喊TD2、失Su幕wo裕n-昏si撓,櫻KR3、撫Se決mi近c(diǎn)o名nd氣uc午to蜻r獅En工er須gy霜L次ab覽or辯at賴or燃y反Co雹.殘Lt秩d4、醉NA肥TI額ON急AL販I片NS款TI辜TU俗TE投O滋F歲AD盒VA諒NC姨ED夕I朱ND耗US改TR汁IA污L炒&a就mp5、眉SA結(jié)NT鬼OK篇U施CO放RP6、拘TE尊CH灘NO森LO暑GY7、別HI臉TA挎CH重I脅LT干D8、熔Sa松ms活un咸g謀Sd植i紛Co按L翻td9、探Au訓(xùn)to裁mo孤ti交ve土T朗ec玩hn飾ol福og日ie皺s搶In鉤te旦rn貸at釋io某na惹l臭In諒c10章、M濱at毫su粱sh壤it騎a乳El礦ec棒tr條ic泊I鎖nd暈us怠tr我ia更l千Co概L望td全球建稀土勻鋰電烤池生柔產(chǎn)強(qiáng)畜力公燥司：日本縮慧：三洋射電機(jī)索尼爺公司松下切公司韓國(guó)建：三星榜SD遠(yuǎn)I公悲司LG哄化學(xué)房誠(chéng)公司澳大沈利亞蜓：A1糾23你sy妨st漿em準(zhǔn)s存公司中國(guó)州：BY緒D公征司以編及D臭ur星ac餃el該l公科司英國(guó)查：AG蛇M(jìn)損Ba貨tt規(guī)er綠ie鎖s設(shè)Lt窮d枝公司美國(guó)奴：Gl緞ob蝦Te概k,唱In緊c公肺司注釋秤：由于塌時(shí)間口匆忙奮，以補(bǔ)及收憤索信扇息的頂能力辱不足炸，得址到的怠數(shù)據(jù)證可能為有一木定的討出入肝