铝电池研究进展_马正青

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储能用锂离子动力电池研究进展_马华

年 5 月
负极的极化进行了表征［19］，测试结果显示循环 3 470周后负极片材料晶体变化及负极片界面阻抗的增加是导致电池容量衰减的主要因素。
研究表明电极面密度对 LiFePO4 锂离子电池倍率放电等性能的影响较大［20］。同时，电池的常温循环性能随着电极面密度的增加而降低，改变电极面密度对电池的界面阻抗有影响，导致电池在循环过程中可逆锂的损失程度不同，这可能是造成其放电容量衰减速度不同的主要原因［21］。
在电池开发方面，LiFePO4 较小的粒度和较大的比表面积使其在锂离子电池制作过程中不易分散，容易吸收水分，加工性能较差［14］。唐赞谦等采用高速分散的方法对磷酸铁锂正极浆料进行了分散试验［15］。结果表明，磷酸铁锂正极浆料经高速分散后，正极材料电导率、涂敷黏附力、涂敷密度均有显著提高，成品电芯内阻有明显降低，电芯性能一致性明显改善。
Abstract： Lithium-ion batteries present a significant important application on energy storage due to their merits of high energy density，high energy conversion efficiency，wide working temperature range and long cycle life． In this paper，the characteristics and research progresses on the Li-ion batteries are reviewed mainly based on the key materials of LiFePO4 ，LiMn2 O4 and Li4 Ti5 O12 ． Furthermore，the existing problems，technical direction and future development trend of Li-ion batteries energy storage system are discussed and prospected．

我国锂离子电池的研究成果

我国锂离子电池的研究成果
我国的锂离子电池研究已经取得了丰富的成果。

以下是一些主要的研
究成果列表：
1. 锂离子电池材料的研究
在锂离子电池材料方面，我国的研究重点主要包括正极材料、负极材
料和电解质等方面。

其中，钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂等
正极材料的研究已经取得了很大进展，负极材料方面主要研究石墨和
硅的应用。

而电解质方面则研究了聚合物电解质、陶瓷电解质和液态
电解质等。

2. 锂离子电池性能的研究
锂离子电池的性能指标主要包括电压、容量、循环寿命等。

针对这些
性能指标，我国的研究着力于提高电池的比容量和循环寿命。

其中比
容量的提高主要通过正极材料的改良、负极材料的改进以及电解液的
优化等方式实现。

而循环寿命的提升则主要通过降低电解液的挥发性、提高电极材料的稳定性和改善电极界面阻抗等方法实现。

3. 锂离子电池应用的研究
在锂离子电池的应用方面，我国的研究重点主要集中在电动汽车、储
能系统和移动通信设备等领域。

其中，电动汽车引领了锂离子电池的
快速发展，我国电动汽车的锂离子电池技术也取得了很大进步。

同时，储能系统和移动通信设备方面的研究也在不断深入发展。

总的来说，我国在锂离子电池研究方面已经取得了很大成果。

未来，
我们还需要不断加大投入并加强国际合作，以推动锂离子电池技术的
快速发展和应用。

二元铝合金在碱性介质中的腐蚀与电化学行为_马正青

第29卷第1期2014年3月湖南科技大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University of Science＆Technology（Natural Science Edition）Vol．29No．1Mar．2014doi：10．13582/j．cnki．1672－9102．2014．01．018二元铝合金在碱性介质中的腐蚀与电化学行为马正青，曾波伟，滕昭阳（中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙410083）摘要：研究Al－Me（Me：Mg，Zn，Bi，Sn，Pb，In，Ga）二元合金在25ħ4mol/L NaOH碱性介质中的析氢腐蚀速率、自腐蚀电位、恒电流极化电极电位．结果表明：在25ħ4mol/L NaOH碱性介质中，纯铝中加入Zn或In的Al－Me二元合金析氢腐蚀速率增大，自腐蚀电位负移；加入Bi或Ga的Al－Me二元合金析氢速率影响不大，自腐蚀电位负移；添加Mg，Sn或Pb的Al－Me二元合金析氢速率降低，自腐蚀电位正移．当以100mA/cm2的电流密度进行恒电流极化时，Mg，Zn，Bi，In能使Al－Me二元合金电极电位稍有负移，Sn，Pb，Ga能使Al－Me二元合金电极电位大幅度负移．关键词：铝合金；腐蚀；自腐蚀电位；电极电位；电化学性能中图分类号：TQ152文献标志码：A文章编号：1672－9102（2014）01－0088－05Corrosion and electrochemical behavior of binary aluminumalloy in alkaline mediumMA Zheng－qing，ZENG Bo－wei，TENG Zhao－yang（School of Materials Science and Engineering，Central South University，Changsha410083，China）Abstract：The corrosion rate of hydrogen evolution，open circuit potential，galvanostatic polarizations electrode potential of Al－Me（Me：Mg，Zn，Bi，Sn，Pb，In，Ga）binary alloy in25ħ4mol/L NaOH alkaline medium was studied respectively．The results showed that the hydrogen evolution rate of aluminium alloy slight increment when the Zn，In elements is putted in the pure Al，when Bi，Ga elements is added to the pure Al，the hydrogen evolution rate of aluminium alloy has no influence，but the corrosion potential of aluminium alloy shifte positively．In contrast，the hydrogen evolution rate of aluminium alloy reduce to some extent，the corrosion potential shifte negatively when other elements（Mg，Sn，Pb）is added to the pure Al．Besides，the electrode potential of Al－Me binary alloy shift negatively slightly when Mg，Zn，Bi，In is putted in pure Al．the electrode potential of Al－Me binary alloy shift positively substantially when Sn，Pb，Ga is added to pure Al．Key words：allloy；corrosion；corrosion potential；electrode potential；electrochemical performance铝在碱性介质中的电极电位E=－2．35+0.0197/4log［A1O2－］/［OH－］（V），其具有电化学体积比能量、重量比能量高和电极电位负等特性，是一种理论综合电化学性能优良的阳极材料［1－4］，可以广泛用于铝－空气金属燃料电池、铝－氧化银电池的负极材及牺牲阳极材料．但是在碱性介质中，虽然铝表面上生成Al2O3或Al2O3·H2O能与碱作用，生成A1O2－，但其阳极极化严重，电极电位约为－0．8 －1．0V，同时发生严重的析氢腐蚀，使得铝阳极库伦效率降低，利用率下降，其腐蚀产物H2的不断积聚会导致安全隐患．因此如何降低铝的阳极极化、减少自腐蚀速率、提高其利用率，是研究工作者的热点和难点，目前研究的主要是通过合金化技术，改善了铝在中性介质的电化学性能，并取得了较理想的效果．但是合金化元素对铝在强碱性介质中的腐蚀与电化学性能收稿日期：2013－05－27基金项目：长沙市科技局项目（K071521－11）通信作者：马正青（1966－），男，湖南邵阳人，博士，副教授，主要从事金属电池材料及金属腐蚀与防护研究．E－mail：qzm1220@ sohu．com第1期马正青，等：二元铝合金在碱性介质中的腐蚀与电化学行为的影响，目前还没有相关的研究报导．本文研究了Al－Me（Me：Mg，Zn，Bi，Sn，Pb，In，Ga）二元合金在4mol/L NaOH碱性介质中的析氢腐蚀速率和电化学性能影响规律，为铝－空气金属燃料电池、铝－氧化银电池提高电化学活性的多元铝合金设计提供研究基础．1实验过程1．1原材料本实验所用精铝（Al），纯度为99．996%，合金元素镓（Ga）、镁（Mg）、锡（Sn）、99．99%，铅（Pb）、铋（Bi）、铟（In）、锌（Zn）和氢氧化钠（NaOH）均为分析纯．1．2材料制备将一定重量的精铝锭装入石墨坩埚中，在电阻炉中、750ħ下熔炼，当铝完全熔化后加入合金化元素（合金成分见表1），保温一段时间后搅拌、除气、静置、扒渣，浇铸于250mmˑ200mmˑ22mm 的水冷铁模中，制成铝合金铸锭，铸锭置550ħ的箱式电阻炉中均匀化退火6h取出空冷；均匀化处理后的铝合金铸锭，经铣面去除表面的氧化物等夹杂和缺陷，然后在420ħ温度下热轧至7．0mm，400ħ中间去应力退火，冷轧成0．45mm厚的板材；冷轧后的铝合金板材置于箱式电阻炉中，250ħ，保温5h，取出置于空气中冷却．表1Al－Me二元合金成分1．3试验方法析氢速率用排水法收集Al－Me二元合金阳极试样在4mol/L NaOH介质中的单位面积、单位时间内部的析氢量，即析氢速率（mL·min－1·cm－2）．电极电位在IM6ex型电化学综合测试仪和LK3280电化学工作站测定Al－Me二元合金在25ħ4mol/L NaOH介质中的极化曲线、恒电流极化曲线及开路电位．试验条件研究电极为铝合金阳极，电极工作面积为1cm2，辅助电极为Pt片，电极面积为4cm2，参比电极为：Hg/HgO（1mol/L NaOH）．介质：4mol/L NaOH溶液；介质温度：25ħ．2结果与分析2．1析氢速率Al－Me二元合金在25ħ4mol/L NaOH介质中的析氢速率如图1、表2所示，由表1可知：纯铝的析氢速率为0．25mL·min－1·cm－2，Al－Mg合金的析氢速率明显低于Al的析氢速率，且随Mg含量增加析氢速率减小，加入0．8%Mg的Al－Mg合金的析氢速率为0．12mL·min－1·cm－2，主要是由于Al－Mg合金在腐蚀过程中，生成的第二相Al2Mg3为阳极相［5］，在腐蚀过程中渐被溶解，使合金表面阳极总面积减少，同时生成的微溶性腐蚀产物Mg （OH）2附着在Al表面，从而减少了Al与介质接触的面积，降低了Al的腐蚀速率，使其耐蚀性能提高．在纯铝中添加合金元素Zn时，一方面，Zn直接与NaOH反应产生氢气，同时生成的微溶于水的两性Zn（OH）2与NaOH反应，转化成易溶于水的Na2ZnO2，使Al的自腐蚀速度加剧，即在NaOH溶液中，合金化元素Zn增大Al－Zn合金析氢速率，当Zn含量低于2%时析氢速率随Zn含量的增加而增大，当Zn含量超过2%，其析氢速率随元素Zn含量增加变化不大．在纯铝中加入0．02%Sn时，Al－Sn 合金析氢速率迅速降低，Sn含量0．1%，0．2%的Al －Sn合金析氢速率有所增大，但仍小于纯铝的析氢速率；当Sn含量大于0．2%时，析氢速率增加较快，反而大于纯铝的析氢速率．在纯铝中加入Pb时，Al －Pb合金析氢速率随Pb含量而降低，当Pb含量为0．4%时，Al－Pb合金析氢速率达到最小，约为0．14 mL·min－1·cm－2；当Pb含量超为0．4%时，Al－Pb 合金析氢速率随Pb含量的增加基本保持不变，约为0．15mL·min－1·cm－2．主要因为在Al中加入的Pb，Sn虽为阴极性元素，但是由于Pb，Sn具有很高的析氢过电位，氢去极化反应过程受到阻碍，从而拟制了阴极过程———析氢反应，从而降低了析氢速率．但是当其含量超过一定值后，阴极相总体数量增加，98湖南科技大学学报（自然科学版）2014年第29卷微观原电池反应增加，即阴极析氢反应增多，总的析氢速率有所增大．在纯铝中加入Bi，Al－0．01%Bi合金的析氢速率为0．26mL·min－1·cm－2，Al－0.2%Bi合金的析氢速率为0．30mL·min－1·cm－2，且析氢速率随Bi含量的增加而增大．在纯铝中加入In的量小于0．03%时，Al－In合金在碱性介质中析氢速率与纯铝相当；当In的加入量大于0.03%时，Al－In合金在碱性介质中析氢速率大于纯铝，且随加入In量的增多，析氢腐蚀速率而不断增大．纯Al中加入微量的Bi或In时，Bi，In能铝合金抑制氢去极化反应，但是阳极性的铝基体与阴极性的Bi，In构成微观原电池的腐蚀占优势，从而使得其析氢速率大于纯铝；在纯铝中加入Ga时，当Ga 含量小于0．02%时，Al－Ga合金的析氢速率随Ga 含量增加几乎没有改变；当大于0．02%时，Al－Ga 合金的析氢速率迅速增大；主要由于微量的阴极性合金化Ga元素与Al构成微观原电池腐蚀，阴极为析氢反应，但是Ga具有很高的析氢过电位［6］，阻碍了析氢反应，氢去极化反应减慢，两者相抵，使得析氢速率几乎没有改变；但是当其含量超过一定值后，一方面，阴极相总体数量增加，因微观原电池腐蚀产生氢气反应趋势优于其高析氢过电位抑制析氢反应，另一方面，由于在基体Al与NaOH反应的同时，Ga与NaOH反应，因而使析氢速率迅速增大．2．2开路电位Al－Me二元合金在25ħ4mol/L NaOH介质中的开路电位如表2所示．Mg含量的改变对Al－Mg合金开路电位影响较大．当Mg含量小于0．8%时，Al－Mg合金开路电位随Mg含量增加而负移，当Mg含量大于0．8%时，Al－Mg合金开路电位随Mg含量的增大改变较小．Al－Zn合金的开路电位随Zn含量的增加略有负移，但负移程度较少．当Sn含量小于0．1%时，Al－Sn合金开路电位明显负移；当Sn含量大于0．1%时，开路电位反而正移．Pb含量小于0．4%时，Al－Pb合金的开路电位随Pb的增加而负移，但当Pb含量大于0．4%后，Al－Pb合金开路电位随Pb的增加而变化较小，即Pb含量超过0.4%后对铝在碱性介质中的活化作用较小．当Bi的含量小于0．1%时，Al－Bi合金开路电位随Bi含量增加几乎没有改变，当Bi的含量大于0．1%时，Al－Bi合金开路电位随Bi含量增加负移．In加入使Al－In合金的开路电位向负方向移动，且随In含量的增加而负移．少量的Ga（≤0．02%）对Al－Ga合金开路电位影响不大，开路电位随Ga含量增加几乎不变，但Ga含量超过0.02%后，Al－Ga合金开路电位急剧负移．图1Al－Me合金在25ħ4mol/L NaOH介质中的析氢速率(mL·min－1·cm－2)表2Al－Me合金在25ħ4mol/L NaOH介质中的开路电位(V)2．3电极电位Al－Me二元合金在25ħ4mol/L NaOH介质中以电流密度100mA/cm2进行恒电流极化时的电位—时间变化曲线如图1所示．由图1可以看出：在纯Al中加入合金元素Mg，Mg与Al生成Al2Mg3第二相，其对基体Al而言是阳极相，因此Mg的加入可使铝的电极电位负移，Al－Mg合金在腐蚀过程中，Al2Mg3逐渐被溶解，使合金表面阳极总面积减少，同时生成的微溶性腐蚀产物Mg（OH）2附着在Al表面，增加了铝的阳极极化，从而铝的电极电位正移［7－8］，即随Mg含量的增加、极化时间的延长电极电位正移（如图2（a）所示）．Al－Zn合金，当Zn 含量低于3%时，电极电位随Zn含量的增加、时间的延长而变化较少，与纯Al的电极电位相当，约为09第1期马正青，等：二元铝合金在碱性介质中的腐蚀与电化学行为图2Al－Me合金在25ħ4mol/L NaOH介质中恒电流极化电位－时间曲线(E－T)(i:100mA/cm2)－0．7V．当Zn含量增加至4%时，其电极电位负移较大，约为－1．12V，而且随时间的改变电位几乎成直线，非常稳定（如图2（b）所示），虽然Zn在碱性介质中电极电位较Al正，但是Zn在碱性介质中与Al 一样同时与NaOH发生溶解反应，因此在Al中加入Zn，对Al的电位影响较小［9－11］．Al－Sn合金的电极19湖南科技大学学报（自然科学版）2014年第29卷电位随Sn含量的增加明显负移，而且随极化时间的改变电位几乎成直线，非常稳定（如图2（c）所示）．Al－Pb合金在高纯Al中加入小量Pb能改善Al的点化学性能，当加入0．05%Pb时，合金阳极的电极电位为－1．57V，对Al阳极有非常好的活化作用．但当Pb含量增加时，Al－Pb合金的电极电位有所正移，即Al－Pb合金阳极电极电位随Pb含量的增加活化作用降低（如图2（d）所示）．这是由于在Al 与NaOH反应过程中，弥散分布的Pb或Sn“锚订”在Al表面，从而使Al表面不能形成连续的钝化膜，进而使Al不断与OH－反应，减少了铝的阳极极化，使铝在4mol/L NaOH溶液中具有较负的电极电位，且随Pb或Sn含量的增加而负移，具有较好的活化作用．在高纯中加入小量Bi时，使Al的电极电位负移，当加入0．05%Bi时，Al－Bi二元合金阳极的电极电位为－1．14V，当Bi含量增加到0.4%时，Al－Bi二元合金的电极电位降为－0．90V，即随Bi含量的增加，Al－Bi合金阳极电极电位反而降低（如图2（e）所示）．在高纯铝中加入小量In的Al－In二元合金的电极电位有所负移，当加入0．01%In时，合金阳极的电极电位为－1．21V，对Al阳极有较好的活化作用．当In含量从0．03%增加至0.15%时，Al －In二元合金的电极电位由－1．16V降为－0．94 V，即随In含量的增加电极电位反而有所正移、活化作用降低（如图2（f）所示）．主要是由于微量Bi或In与Al形成固溶体，而Al在溶解过程中，Bi或In 不能随Al的溶解而迅速脱落，Al表面仍然具有较为完整、致密的钝化膜，因此Bi，In对改善Al的电极电位贡献不大．Al－Ga二元合金的电极电位随Ga含量的增加急剧负移，但当Ga含量超过0.08%后，合金的电极电位负移较小，基本处于稳定，且随极化时间的延长为一平稳的直线（如图2（g）所示）．由于Ga与铝形成固溶体合金，Ga均匀的分布在Al基体中，低熔点（29．5ħ）的Ga，在Al与NaOH反应过程中，一方面，Ga可能熔化而脱落，产生物理活化，另一方面，Ga与OH－反应生成易溶解于碱的GaO2－，二者共同作用，破坏Al表面致密、连续的钝化膜结构，使Al不断与OH－反应，减少了铝的阳极极化，因而使合金的电极电位大幅度负移［12－14］．3结论1）Al－Me（Me：Mg，Zn，Bi，Sn，Pb，In，Ga）二元合金在25ħ4mol/L NaOH溶液中：Mg降低Al－Mg合金的析氢速率，当加入Sn含量小于0．1%时，能降低Al－Sn合金的析氢速率，当加入Pb含量小于0．4%时可以明显降低Al－Pb合金的析氢速率，加入In，Zn的Al－Me二元合金的析氢速率略有增大；Bi，Ga对铝的析氢速率影响较少．2）添加适量合金化元素的Al－Me（Me：Mg，Zn，Bi，Sn，Pb，In，Ga）二元合金在25ħ4mol/L NaOH 溶液中开路电位负移；当以100mA/cm2的电流密度进行恒电流极化时，Al－Me二元合金的电极电位均有不同程度负移，其中随Mg含量的增加负移幅度减少；Zn，Bi，In使Al－Me二元合金恒电流极化电极电位较纯铝稍有负移，Pb，Sn，Ga使Al－Me二元合金的恒电流极化电极电位大幅度负移．参考文献：［1］Li Q F，Bjerrum N J．Aluminum as anode for energy storage and conversion：aＲeview［J］．Journal of PowerSources，2002（110）：1－10．［2］Nestoridi M，Pletcher D，WoodＲJ K，et al．The study of aluminium anodes for high powerdensity Al/air batterieswith brine electrolytes［J］．Journal of Power 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废旧三元锂电池浸出及纯化技术研究进展

废旧三元锂电池浸出及纯化技术研究进展摘要：三元锂电池的安全性高、成本低、能量密度较高特点明显，被广泛应用在新能源汽车、移动电源和电动车等交通工具上，正负极的材料含有有价金属，废旧电池回收价值较高。

其中，浸出及纯化技术常被应用在废旧电池的正极金属的回收中。

对此，本文结合废旧三元锂电池正极有价金属特点，研究分析浸出及纯化技术，并提出技术使用建议。

关键词：废旧电池；三元锂电池；纯化技术引言：锂电池的产业发展，若没有及时采取合理的锂电池处理方式，则会污染环境、浪费资源。

由于废旧三元锂电池数量较多，材料汇总内含有价元素，存在较大的潜在资源和回收价值。

若系统回收废旧三元锂电池，开发创新锂电池回收再利用技术，在防治锂电池环境污染的同时，能缓解锂电池有价元素资源的短缺，进而形成行业内良性发展。

废旧三元锂电池的正负极材料技术的研究进展，涉及到材料预处理、碱浸出、铜箔回收、酸浸出等，电池浸出及再回收技术的现实价值较高，并且电解液的回收同样具有经济价值。

1.废旧三元锂电池有价金属浸出预处理三元锂电池的正极材料，选择合理的浸出工艺，将正极有价金属离子进入到浸出溶液中，为提取三元锂电池的正极材料做好准备工作，便于接下来的合成工作[1]。

现阶段，电池浸出方式主要有酸性、生物性的浸出类型，具体为：1.1无机酸浸出方式三元锂电池正极材料的活动物质的有价金属，多数是碱性化合物，金属离子游离到软性浸出液中，如HCI、HNO3、H2SO4的酸浸液，加入一定量的还原剂，目的是将锂电池活性物质还原成为低价态，进而便于浸出。

相关学者研究结果指出，使用HCI浸出液，其浸出方式的条件是：固液比20g/L、HCI浓度是4mol/L、温度是80℃、时间是1h，三元锂电池的正极浸出物质包括镍、钴、锰，浸出率接近100%。

使用HCI浸出液，其优势表现在HCI本身就是还原剂，操作工艺省去了很多步骤。

H2S O4结合H2O2浸出有价金属的方式，其操作条件是：H2SO4的浓度是6mol/L、固体和液体的比例是1:8，反应温度是60℃，浸出金属是镍、钴、锰，浸出率大约为95%[2]。

锂电池金属锂阳极的研究进展

2591 概述自20世纪90年代以来，锂离子电池（LIB）已成功用于为便携式电子设备供电。

然而，由锂离子主体阴极和石墨阳极组成的LIB的能量密度（765 Wh L-1作为体积能量密度，石墨/锂镍钴铝氧化物电池）使得这些器件不能满足现代电动汽车和智能电网的能源需求。

有两种方法可以提高LIB的能量密度：一种是增加它们的电压，另一种是增加它们的容量。

从这些电池阳极的角度来看，一个容易采用的策略是利用高容量阳极。

例如，石墨阳极可以用金属Li代替。

实际上，金属锂的理论特性容量比石墨容量高10倍，体积容量比石墨容量高3倍（Li：3860 mA h g-1/2050 mA h cm -3，石墨：372 mA h g -1 / 820 mA h cm -3）和非常低的氧化还原电位（-3.04 V Vs.标准氢电极）。

锂电池，是以金属锂作负极活性物质的电池总称，而锂离子电池是指以两种不同的能够可逆的嵌入和脱嵌锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。

Li金属阳极的可充电锂金属电池（LMB）的研究在20世纪70年代就已经开始了，但是金属锂枝晶化问题阻碍了其更广泛的应用。

本论文介绍了近年来改善锂电池金属锂阳极的性能的三种策略，为未来人们的研究提供方向。

图1 金属锂在不同浓度电解液中沉积在铜电极上的扫描电镜图像（a）（b） 1M LiPF 6-PC，（c）（d）4 M LiFSI-DME [1]。

2 优化锂盐电解质传统的PC/LiPF 6电解液存在许多问题：1.电解液与金属锂会发生很多反应，形成Li 2CO 3等物质并产生厚的SEI膜，阻碍锂离子传导。

2.枝晶化现象严重。

研究表明，采用高浓度的碳酸酯类与锂盐，高浓度的乙二醇与锂盐，可以同时拥有高的离子导电性和高的氧化性。

Jiangfeng Qian 等人使用由DME 和双（氟磺酰基）亚胺锂组成的高浓度电解质能够以高库仑效率（高达99.1％）实现锂金属阳极的高速循环，而不会产生枝晶生长的问题，如图1在4 M LiFSI-DME电解液中锂生长为结节状。

乘东风，放飞锂电的梦想

乘东风，放飞锂电的梦想作者：暂无来源：《科学中国人》 2014年第5期本刊记者张春壮2013年，中国矿业大学材料科学与工程实验室主任、锂离子电池课题组（实验室）组长庄全超走进了他的不惑之年。

如果说所谓不惑是经岁月沉淀之后对人生的判断，那么，他的方向感一直都存在于科研生涯的选择中，每走一步，都没忘记自己想要的是什么。

找到方向，从未离开大学毕业之前，庄全超几乎没有离开过安徽。

1990年，17岁的庄全超进入阜阳师范学院化学系，主修化学教育。

不出意外的话，将来也许就是一位站在三尺讲台上的中学化学教师。

然而人生总是会超出意料。

四年的本科学习后，庄全超对化学有了更高的追求。

1994年8月，他一脚踏进西北核技术研究所，师从前苏联科学院无机化学所副博士、专业技术少将陆兆达研究员，研究方向也从有机合成跨到无机氟化物合成与应用，走上了对锂离子电池的探索之路。

从皖北到西北，庄全超体验到了不同的粗犷。

而在陆兆达将军的耳濡目染下，他也更加深刻地理解了研究背后的责任，再未松懈过对专业精益求精的追求。

1997年，他顺利拿到了硕士学位，随后被留在西北核技术研究所工作。

之后的十年，他先后在第七研究室和第九研究室担任研究实习员和助理研究员。

期间，还前往厦门大学化学化工学院，跟随国家级教学名师孙世刚教授攻读物理化学专业博士学位，主要研究集中在锂离子电池电极界面反应机制上。

那段时间，他参与了国家重点基础研究和发展规划项目——绿色二次电池新体系相关基础研究的工作，在锂离子电池电极界面特性研究方面表现出了出色的才能。

2007年12月，庄全超从西北核技术研究所转业至中国矿业大学材料科学与工程学院工作，开始了另一段人生。

绳锯木断，水滴石穿。

时光的力量总是不容小觑的。

十余年过去，穿上或者脱下军装，对庄全超来说已经没有什么分别。

那身军绿下面所蕴藏的硬汉气质早已深入到他的骨髓，无论再走到哪里，也抹不去行动间的果敢与坚毅。

2007年12月，他被评为副教授之后在中国矿业大学人才引进经费、中国矿业大学科技攀登计划、中国矿业大学学科建设经费（985专项）和教育部修购专项的支持下，他作为负责人和学术带头人主持建设了锂离子电池实验室，组建了锂离子电池研究团队。

锂离子电池非水电解质中Li +迁移特性

收稿:2006年12月,收修改稿:2007年5月　3通讯联系人　e 2mail :hexm @锂离子电池非水电解质中的Li +迁移特性赵吉诗　王　莉　何向明3　姜长印　万春荣(清华大学核能与新能源技术研究院　北京102201)摘　要　电解质是锂离子电池的重要组成部分之一,其中Li +的迁移特性对电池性能具有显著影响。

本文综述了用于锂离子电池的凝胶、聚合物和非水液态电解质中Li +迁移特性的研究进展,分析了影响Li +迁移的主要因素,并提出了进一步的研究重点和新的研究方法。

关键词　锂离子电池　非水电解质　电导率　Li +迁移数中图分类号:O646;T M911　文献标识码:A 文章编号:10052281X (2007)1021467208Transport Properties of Lithium 2Ion of E lectrolyte Usedin Lithium 2Ion B atteriesZhao Jishi Wang Li He Xiangming3　Jiang Changyin Wan Chunrong(Institute of Nuclear &New Energy T echnology ,Tsinghua University ,Beijing 102201,China )Abstract The ability to conduct ions is the basic function of non 2aqueous electrolytes used in the lithium 2ion batteries.It determines how fast the energy stored in electrodes can be delivered.Recent advances of the transport properties of the lithium ion in the non 2aqueous electrolyte including the gel ,polymer and liquid systems are reviewed.The factors in fluencing the trans fer of the lithium ion and the prospects of the research are als o discussed.K ey w ords lithium 2ion batteries ;non 2aqueous electrolyte ;conductivity ;lithium 2ion transport number1　引言锂离子电池已经在便携式电子设备中得到了广泛的应用,随着信息时代的到来,其应用范围正在迅速扩展。

锂离子电池正极材料研究进展

锂离子电池正极材料研究进展锂离子电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动车辆等领域的重要能量存储设备，其正极材料的性能对电池的性能和循环寿命有着至关重要的影响。

近年来，针对锂离子电池正极材料的研究逐渐受到了广泛关注。

在这篇文章中，将介绍一些最新的研究进展。

首先，锂离子电池正极材料的研究主要集中在提高材料的能量密度和循环寿命。

目前市面上常见的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）和锂铁磷酸锂（LiFePO4）。

然而，这些材料在使用过程中存在着一些问题，比如钴酸锂存在着资源稀缺和价格昂贵的问题，锰酸锂的电化学性能相对较差，锂铁磷酸锂的能量密度较低等。

因此，研究人员开始寻找替代材料。

一种备受关注的材料是含有镍的过渡金属氧化物，比如锂镍钴锰氧化物（Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2）。

这种材料具有较高的能量密度和较长的循环寿命。

另外，研究人员还探索了硅和硫等材料作为锂离子电池正极材料的替代品。

其次，锂离子电池正极材料的微观结构调控也成为一个研究热点。

通过控制正极材料的粒径、纳米结构和晶体结构等参数，可以调节材料的电化学性能。

比如，一些研究表明，通过控制锂离子电池正极材料的晶体结构，可以实现更高的能量密度和更好的循环稳定性。

此外，锂离子电池正极材料的表面改性也引起了广泛关注。

通过在正极材料的表面形成一层保护膜，可以提高材料的循环稳定性和抗固相界面反应能力。

一些研究表明，通过硅、氟等元素的表面覆盖，可以显著改善正极材料的循环性能和容量保持率。

总体来说，锂离子电池正极材料的研究进展主要包括寻找新的材料、微观结构调控和表面改性。

通过这些研究，可以不断提高锂离子电池的能量密度和循环寿命，进一步推动锂离子电池在移动电子设备和电动车辆等领域的广泛应用。

随着移动电子设备和电动车辆市场的不断扩大，对锂离子电池正极材料的需求也越来越迫切。

因此，研究人员在锂离子电池正极材料的改进和创新上投入了大量的精力。

锂电池的研究进展

锂电池的研究进展摘要：锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。

尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂的电解质溶液的电化学性能。

用循环伏安法和交流阻抗技术研究了Li/有机电解液/LiMn2O4电池的电化学行为,综述了锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备、结构及其电化学性能。

采用溶胶-凝胶法和旋转涂布工艺,在较低的退火温度(450e)下制备了尖晶石型LiMn2O4薄膜。

关键词：正极材料; 电化学性能 ;薄膜1前言作为锂离子电池电解质溶液的主体成分,溶剂的组成和性质影响和决定着LiMn2O4正极材料的宏观电化学性能。

电解质溶液的电导率大小、电解质溶液在电极表面的氧化电位以及电解质溶液对电极材料活性物质的溶解性都在不同程度上直接影响LiMn2O4电极材料的容量、寿命、自放电性能和倍率充放电性能[。

近年来,寻找合适的电解质溶液组分,以进一步改善和提高LiMn2O4正极材料的电化学性能正在引起人们越来越广泛的关注。

系统地研究溶剂组成对LiMn2O4正极材料电化学性能的影响,探讨影响LiMn2O4正极材料电化学性能电解质溶液因素,进一步明确新型电解质溶液体系的优化目标,将为LiMn2O4正极材料在锂离子电池工业中的广泛应用奠定基础。

本文使用恒电流充放电和粉末微电极的循环伏安方法研究了尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂体系的电解质溶液中的电化学性能。

结合溶剂组分和电解质溶液的理化特性,详细探讨了影响LiMn2O4正极材料电化学性能的溶剂因素及其影响机制。

锂离子电池正极材料的选择是锂离子电池电化学性能的关键。

作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子电池中锂的/存库0,它应满足:(1)在所要求的充放电电范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度的可逆性;(4)全锂化状态下在空气中的稳定性。

目前研究较多的是层状的LiMO2和尖晶石型LiM2O4(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。

全球电动汽车用锂离子电池技术进展简析

全球电动汽车用锂离子电池技术进展简析一、电动汽车电池技术取得突破性发展蓄电池及其管理系统是电动汽车关键技术之一。

在以往几年中, 大部分企业在电动汽车研制中曾遭遇尴尬, 关键是因为采取了铅酸、镍镉、镍氢电池（Ni-MH）等。

现在, 经过研制与试验比较, 采取能量密度更高锂离子电池替换铅和镍氢电池, 利用于汽车领域正成为一项关键技术, 它含有重量轻、储能大、功率大、无污染、也无二次污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛, 是电动自行车、电动摩托车、电动小轿车、电动大货车等较为理想车用蓄电池。

缺点是价格较贵、安全性较差。

不过现在已经有技术开发锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂等新型材料, 大大提升了锂离子电池安全性, 而且降低了成本。

表: 多种EV蓄电池特点对比资料起源: 陈清泉、孙立清, 电动汽车现实状况和发展趋势, 科技导报, 4月, 第23卷第4期表: EV蓄电池关键技术数据与美国优异蓄电池协作体公布指标比较注: NA-数据不详、 a-C/3放电率、 b-80%DOD、 c-机械重充电、 d-仅供参考、 USABC-美国优异蓄电池协作体。

资料起源: 陈清泉、孙立清, 电动汽车现实状况和发展趋势, 科技导报, 4月, 第23卷第4期二、锂离子电池产业化动态伴随成本急剧降低和性能大幅度提升, 已经有很多汽车生产厂家开始投入使用锂离子电池。

下表是关键锂离子电池厂商研发与生产概要。

截至10月为止, 全球关键国家已经有20余家车厂进行锂离子电池研发。

如富士重工与NEC合作开发廉价单体（Cell）锰系锂离子电池（即锰酸锂电池）, 含有高安全性、低制造成本特点, 在车载环境下寿命高达、 10万公里, 与纯电动汽车整车寿命相当。

东芝开发可急速充电锂离子蓄电池组, 除了小型、大容量特点之外, 采取了能使纳米级微粒均一化固定技术, 可使锂离子均匀地吸附在蓄电池负极上, 能在一分钟之内充电至其容量80%, 再经6分钟便可充满电。

锂电池最新研究进展康浩关志波

锂电池最新研究进展康浩关志波发表时间：2018-03-22T17:22:47.537Z 来源：《基层建设》2017年第35期作者：康浩关志波[导读] 摘要：目前我国经济发展十分快速，各行各业都在快速的发展。

北京当升材料科技股份有限公司北京 100160摘要：目前我国经济发展十分快速，各行各业都在快速的发展。

锂离子电池被广泛的应用于手机、电脑、智能穿戴、工具电池、模型、无人机等电子设备上，同时在汽车、储能领域近年也得到更深的开发，展现出广阔的应用前景及经济效益。

锂离子电池主要正极、负极、电解液及隔膜组成。

正极材料包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂及镍钴锰酸锂，负极主要石墨，电解液分为液态电解质和固态电解质。

更短的充电时间，更长的续航时间，更长的使用寿命，更高的安全性等成为目前锂离子电池发展的主要方向。

关键词：锂电池；正、负电极材料；电解质；电池均衡；引言能源、信息与环保是21世纪人类面临的重要课题。

面临石油等不可再生能源的日渐枯竭，清洁能源和可再生能源的研发与利用已经引起各国的广泛重视。

锂电池早在20世纪90年代就开始应用，随着对其研究的不断深入，世界各国都普遍认为锂电池将成为21世纪的主要候选动力能源之一。

11正负极材料及电解质的发展1.1正极材料锂电池的发展史也就是材料的发展史[2]。

时至今日，用于锂离子电池的正极材料应用由早期的是磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂及镍钴锰酸锂，其已广泛应用在3C消费电子产品及xEV等大型动力电池中。

钴酸锂具备能量密度高的特点，但是金属钴的价格相对比较昂贵，且热稳定性相对较差，主要应用在手机等消费电子领域；磷酸铁锂、锰酸锂具备安全性好、循环较长、原材料成本较低的优点，但是其能量密度较低，使其当前应用领域受到一定限制，目前主要集中在电动大巴，后续储能领域也是主要的发展领域；镍钴锰酸锂近年得到长足的发展，根据金属金属的比例不同又划分为333、532、622、811等体系，相对其他现有成熟的正极材料，其具备能量密度高，安全性能及循环性能相对比较均衡，目前已成为电动乘用车首选材料。

锂离子全电池研究综述

锂离子全电池研究综述作者：孙嘉遥黄超郭双桃来源：《新材料产业》2019年第05期第二次工业革命以后社会发展迅猛，传统化石能源燃烧的粗放式使用，不仅带来了严重的环境污染，也造成了极大的能源危机。

太阳能、风能、氢能等新能源的使用能够有效缓解这一问题，这些新型能源得到了各国的大力支持。

虽然这些能源储量丰富、可清洁再生，但是其大规模应用仍然存在着能量转化、运輸、存储等问题，因此新能源储能技术得到了广泛关注，高效安全的储能器件成为关键。

锂离子二次电池以其储能稳定、高效安全、周期寿命长、携带方便、成本较低而备受青睐；在电网储能，汽车航空，消费类电子产品等领域得到广泛应用[1]。

正极材料是组成锂离子电池的关键。

其成本占全电池成本的1/3以上，且作为全电池锂源，对电池的能量密度和功率密度影响极大，故从正极材料角度研究锂离子全电池具有很大的理论意义和现实价值。

然而目前科研院所对锂离子电池电极材料的改性研究主要以扣式半电池为主，未考虑到全电池和半电池的差异，与锂离子电池实际应用有一定的差距。

很多电芯生产企业研究力量不足也缺乏对全电池体系的深入研究，造成电池体系或系统存在的问题得不到解决，这显然不利于电池产业的可快速发展和电池性能的提高。

本文分析了锂离子全电池和半电池的差异，综述了橄榄石体系、岩盐层状体系、尖晶石体系全电池的研究进展，分析了全电池体系的技术难题，展望了锂离子全电池的研究趋势与应用前景。

1 全电池与半电池差异实验室研究多针对电池某一部分，一般以扣式半电池为主；而商业化应用都是全电池，以软包和圆柱形电池为主。

在用负极活性物质取代金属锂片过程中，电池的电化学性质和研究侧重点有所不同，主要表现在以下几个方面。

1.1 锂离子供体差异一般地，在半电池研究中，负极采用金属锂片作为锂源，可以补充SEI膜形成和电解液分解等副反应消耗的锂离子（Li+）；而在全电池中只有正极提供Li+，因此全电池性能受不可逆反应影响非常大。

锂离子电池脉冲充电研究进展

锂离子电池脉冲充电研究进展作者：吴冰冰来源：《科学与财富》2018年第16期摘要：锂离子电池在生活中已得到广泛使用，但其仍存在充电耗时、电能损耗大、极化严重等缺点。

为实现锂离子电池大容量高效快速充电，多个研究发现脉冲快速充电能消除极化反应，与此同时，该充电方式不仅能提高电池的使用寿命，还可大幅度提高充电速度与增加充电容量。

关键词：锂离子电池；脉冲；充电研究者对锂离子电池充电的研究已有相当一段历史，同时，也取得了许多重大的进展，在各个领域中的应用也随之广泛。

锂离子电池得以成功的占据人们生活的一部分，很大一部分原因是锂离子电池的优势：稳定的放电电压、较广泛工作的温度范围、较低的自放电率以及无记忆效应。

而仍存在充电耗时、电能损耗大、极化严重等缺点，对电池的性能损耗较大，因此，针对大容量锂离子电池对充电速率较高的需求，研究人员对此进行了许多研究，同时也取得了重大进展，本文就锂离子电池的脉冲充电研究进展方面作出综述。

首先，了解常见的锂离子电池的充电方式：恒压充电、恒流充电、恒流恒压充电等充电方式。

作为最简单的一种充电方式——恒压充电，其操作简单方便，但是在恒定电压下，电流的电流不断减小，充电速率也在随之降低，因此所需的充电时间长。

另一种电流不变的恒流充电方式，其电流在充电后期会超过最大可充电电流，因此无法充满电池。

此外，恒流恒压充电是锂离子电池目前广泛采用的充电方式，分为恒流和恒压两个阶段。

在恒流阶段，充电电流保持恒定，电池端电压持续上升。

当端电压上升到充电截止电压时改为恒压充电，此阶段电池端电压保持恒定，充电电流不断减小。

而在脉冲充电中，加入负脉冲不仅能强制性的去极化，除此以外，还可提高充电电流的接受率，增加充入容量。

另外，间歇充电是一种自然的去极化方式，加入间歇时间可以进一步消除极化效应。

脉冲快速充电是一种结合了负脉冲和间歇时间的充电方式，第一阶段，锂电池电荷容量较低，此时电流接受率很强，因此可以采用大电流进行充电；第二阶段，进行一小段时间的负脉冲充电，及时消除极化效应，同时提高电流接受率；第三阶段，停充一段时间进一步消除极化效应。

原电池的工作原理

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巩固提高
例一：下列有关原电池的说法中正确的是（） A 在内电路中，电子由正极流向负极。 B 在原电池中，相对较为活泼的金属做负极，不活泼的做正极。 C 原电池工作时，正极表面一定会有气泡产生。 D 理论上来讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
拓展延伸
例二：（3013课标Ⅰ理综）银制器皿日久表面会逐渐变黑，这是由于生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝制容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑色褪去。下列说法正确的是（）。 A 过程中银器一直保持恒重 B 银器为正极，Ag2S被还原生成单质银 C 该过程中总反应为2Al+3Ag2S==6Ag+Al2S3 D 黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
原电池的工作原理
民勤三中马正清
原电池的工作原理
1、原电池：把氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。 2、构成原电池的条件
（1）有二种活泼性不同的金属（或金属与非金属）做电极；
（2）两电极在电解质溶液中；
（3）形成闭合回路;
（4）有自发的氧化还原反应。

原电池的工作原理
实验装置：
原理分析：
锌电极铜电极电极负极正极 2++2e-=Cu 2+ Cu 电极反应 Zn-2e =Zn Zn+ Cu 2+ = Zn2+ + Cu 电池总反应氧化反应还原反应反应类型电子流向电流方向电极溶解电极增重现象负极反应物/导体导体作用阴离子阳离子何种离子流向

国外锂金属电池研究成果

国外锂金属电池研究成果
国外在锂金属电池方面取得了一些重要的研究成果。

以下是近期的一些进展：
1. 美国马里兰大学的王春生教授和Hongli Wan等科研人员，成功研发出
Li7N2I-碳纳米管（LNI-CNT）和LNI-Mg两种新型多孔疏锂中间膜，有效解决了全固态锂金属电池（ASSLBs）的锂枝晶生长难题。

这一成果对电动
汽车行业乃至全球能源存储技术的发展产生了深远影响。

2. 美国哈佛大学工程与应用科学学院（Harvard John A. Paulson School Of Engineering And Applied Sciences，简称SEAS）的研究人员开发了
一种新型锂金属电池，可以充放电循环至少6000次，比任何其他袋式电池都要多，而且可以在几分钟内完成充电。

这项研究不仅描述了一种用锂金属阳极制造固态电池的新方法，而且为这些潜在的下一代电池提供了新的可能性。

如需更多关于国外锂金属电池研究成果的信息，建议查阅最新的科技新闻或者学术论文，或者关注各大科技公司和研究机构的官方发布。

锂电池最新研究进展_曹金亮

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｌａｔｅｓｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｎｏｄｅａｎｄｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅａｎｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ，ｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｐｌａｎａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇＩＣｐｒｏｄｕｃｔｓｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｔｈｉｕｍｂａｔｔｅｒｉｅｓ；ａｎｏｄｅａｎｄｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ；ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ；ＳＯＣ
目前，锂电池广泛采用的充电方式为恒流恒压充电方式[1]，如图 1 所示。
锂电池的恒流恒压（CC-CV）方式又分为三个阶段：预充电、恒流充电和恒压充电。在 CC-CV 充电模式下，充电器先给电池提供小充电电流;当电池的电压达到预定值时，再使用大电流对电池进行快速充电；当电池的端电压达到上限电压 4.2 V 时，改为恒压充电，直至电池充满。
因此，可以预见随着对锂电池的深入研究以分钟为量级的快速充电将很快到来，为锂电池的应用普及奠定了坚实的基础。
３锂电池管理方案的发展
在实际的应用中，为了获取更大的电池容量，就需要把许多单体锂电池通过使用安全保护电路组装成电池组或电池模块的形式，以此满足特殊的功率需求[5-6]。这就需要均衡保护电路对电池组进行管理。均衡电路的作用就是找到荷电量最高的电池对其释放能量，或找到荷电量最低的电池对其补充能量，两者也可以同时进行。