新能源材料演讲PPT
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新能源材料简介PPT课件
➢ 分布广泛，不需要开采和运输； ➢ 不存在枯竭问题，可以长期利用； ➢ 安全卫生，对环境无污染等。
人造卫星上的太阳能电池
14
• 西班牙塞维利亚太阳能发 电站—欧洲最大的太阳能 电站，可供18万户使用， 每年减排60万吨CO2
15
•槽式太阳能
•蝶式太阳能
16
• 通过光电转化将太阳辐射能转化为电能加以利用是 太阳能利用中最活跃的研究领域。
• 目前，世界能源消耗还是以煤、石油、天然气之类 的矿物能源为主，不但严重破坏生态环境，而且矿 物能源不可再生，能源枯竭已成为共识。
煤炭开采
海上石油开采平台
严重的生态破坏
4
• 生态环境严重破坏：
➢ 1952年12月，伦敦烟雾； ➢ 酸雨； ➢ 河流干涸；
5
6
• 巨大的能源危机：
➢ 已开采800亿吨石油，按现在的开采速度， 地球上已探明 的1770亿吨石油储量仅够开采50年;
• 我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用率 不高，能源结构也不合理。
➢ 2009年，中国风力发电量达到了25.8亿瓦，超过了德国 的25.77亿瓦，仅次于美国35亿瓦；
➢ 2020年，中国将投入足以实现年发电量150亿瓦的风力 涡轮机，成为世界最大的风能生产国。
➢ 尽管在新能源领域有了大规模的增长，但风力发电量只 占据中国电力消耗总量的1% 。
• 主题馆屋面太阳能板面积达3万多平方米，是目前世 界最大的单体面积太阳能屋面，年发电量280万度， 每年减排二氧化碳2800吨，节约标准煤1000多吨。
世博中国馆
世博主题馆
21
• 2011年5月，世界首架无污染太阳能飞机进行跨国 飞行(从瑞士飞抵布鲁塞尔需13小时)，飞行高度可 达8700米，平均飞行速度为70-120公里/小时。
人造卫星上的太阳能电池
14
• 西班牙塞维利亚太阳能发 电站—欧洲最大的太阳能 电站，可供18万户使用， 每年减排60万吨CO2
15
•槽式太阳能
•蝶式太阳能
16
• 通过光电转化将太阳辐射能转化为电能加以利用是 太阳能利用中最活跃的研究领域。
• 目前，世界能源消耗还是以煤、石油、天然气之类 的矿物能源为主，不但严重破坏生态环境，而且矿 物能源不可再生，能源枯竭已成为共识。
煤炭开采
海上石油开采平台
严重的生态破坏
4
• 生态环境严重破坏：
➢ 1952年12月，伦敦烟雾； ➢ 酸雨； ➢ 河流干涸；
5
6
• 巨大的能源危机：
➢ 已开采800亿吨石油，按现在的开采速度， 地球上已探明 的1770亿吨石油储量仅够开采50年;
• 我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用率 不高，能源结构也不合理。
➢ 2009年，中国风力发电量达到了25.8亿瓦，超过了德国 的25.77亿瓦，仅次于美国35亿瓦；
➢ 2020年，中国将投入足以实现年发电量150亿瓦的风力 涡轮机，成为世界最大的风能生产国。
➢ 尽管在新能源领域有了大规模的增长，但风力发电量只 占据中国电力消耗总量的1% 。
• 主题馆屋面太阳能板面积达3万多平方米，是目前世 界最大的单体面积太阳能屋面，年发电量280万度， 每年减排二氧化碳2800吨，节约标准煤1000多吨。
世博中国馆
世博主题馆
21
• 2011年5月，世界首架无污染太阳能飞机进行跨国 飞行(从瑞士飞抵布鲁塞尔需13小时)，飞行高度可 达8700米，平均飞行速度为70-120公里/小时。
新材料新能源技术-PPT精品文档36页
• 1972年在产量上超过尼龙、棉纶的合成纤维新品种聚 脂纤维问世，其中涤纶制品热稳定性高、强度大、褶 皱性好，是—·种深受欢迎的合成纤维，各国都在积极 发展。
• 14.1.3 新型无机非金属材料 常见的新型无机非金属材料有工业陶瓷、光导纤维和 光导体材料。 光导纤维是可有效地远距离传导光信号的玻璃或塑料 纤维。它的优点是：重量轻，通信容量大，传输损耗 低，在很宽的频带内频率能保持稳定。
由光导纤维构成的光缆
半导体材料还可用来制作晶体管、集成电路、固态激光器 和探测器等器件。
半导体材料
• 当前半导体硅是制作集成电路和大规模集成电路的材 料。虽然在硅片上可以取得很大的集成度，但是硅在 处理信息的速度上是有限度的。作为下一代半导体材 料的砷化镓，在存贮信息的能力上与硅一样，处理信 息的能力则可比半导体硅快10倍。
• 新材料主要包括新型金属材料、高分子合成材料、复合 材料、新型无机非金属材料、光电子材料和纳米材料等。
• 14.1.1 新型金属材料
重要的新型金属材料有铝、镁、钛合金以及稀有金属。 新型铝合金品种繁多、重量轻、导电性好，可代替铜 用作导电材料。 新型镁合金既轻又强，是制造直升机某些零件的理想 材料。新型高强度钛合金不仅可用来制造超音速飞机 和宇宙飞船，而且广泛应用于化学工业、电解工业和 电力工业，被誉为“未来的钢铁”。
• 14.1.4 复合材料 复合材料是有机高分子、无机非金属和金属等材料复 合而成的一种多相材料，特点是不仅能保持其原组分 的部分特点，而且还具有原组分所不具有的性能。
复合材料制成 的座椅和长条 凳，不仅重量 减轻，其外观 设计上也明显 与众不同了。
复合材料可分结构复合材料与功能复合材料两大类。
• 煤炭与石油资源是有限的，因此新能源技术只要指对 各种新能源的开发与利用。
• 14.1.3 新型无机非金属材料 常见的新型无机非金属材料有工业陶瓷、光导纤维和 光导体材料。 光导纤维是可有效地远距离传导光信号的玻璃或塑料 纤维。它的优点是：重量轻，通信容量大，传输损耗 低，在很宽的频带内频率能保持稳定。
由光导纤维构成的光缆
半导体材料还可用来制作晶体管、集成电路、固态激光器 和探测器等器件。
半导体材料
• 当前半导体硅是制作集成电路和大规模集成电路的材 料。虽然在硅片上可以取得很大的集成度，但是硅在 处理信息的速度上是有限度的。作为下一代半导体材 料的砷化镓，在存贮信息的能力上与硅一样，处理信 息的能力则可比半导体硅快10倍。
• 新材料主要包括新型金属材料、高分子合成材料、复合 材料、新型无机非金属材料、光电子材料和纳米材料等。
• 14.1.1 新型金属材料
重要的新型金属材料有铝、镁、钛合金以及稀有金属。 新型铝合金品种繁多、重量轻、导电性好，可代替铜 用作导电材料。 新型镁合金既轻又强，是制造直升机某些零件的理想 材料。新型高强度钛合金不仅可用来制造超音速飞机 和宇宙飞船，而且广泛应用于化学工业、电解工业和 电力工业，被誉为“未来的钢铁”。
• 14.1.4 复合材料 复合材料是有机高分子、无机非金属和金属等材料复 合而成的一种多相材料，特点是不仅能保持其原组分 的部分特点，而且还具有原组分所不具有的性能。
复合材料制成 的座椅和长条 凳，不仅重量 减轻，其外观 设计上也明显 与众不同了。
复合材料可分结构复合材料与功能复合材料两大类。
• 煤炭与石油资源是有限的，因此新能源技术只要指对 各种新能源的开发与利用。
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核电比重最大的国家：法国
（2）我国：浙江秦山核电站
广东大亚湾核电站
三、太阳能：
1．特点：（1）能量巨大；（2）清洁；（3）分散
PPT文档2演．模板影响太阳能分布的因素：（1）纬度因素；（2）地形新因能源素pptPowerPoint演示文稿
第二课时
【导入新课】 上一节课我们学习了存在于地表大气圈的新能源——太阳能，本节课我
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2020/11/15
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教学过程
第一课时
【导入】 请同学们思考一个问题，怎样理解“新能源”中的“新”字？
【学生活动】 回忆新能源的概念。
【教师小结】 “新”字的含义为新的利用方式。我们在学习地球表层的大气圈、水圈 、岩石圈和生物圈时，是否发现每个圈层都蕴含着巨大的能量呢？请大家分别举例。
显著差异。如：我国东部季风区中冬季盛行偏北风，夏季盛行偏南风，风向虽然较稳定，
但风力大小却有一级至十二级之差。因此我们可以得出以下结论：
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【板书】 （2）风力、风向不稳定 【教师】 目前人类利用风能主要是风力发电（见课本彩图“北京八达岭附近的风力发
系列处理，核电站最终放射性物质的排放量很小很小，不会对人体健康产生有害的影响， 因此核能是比较干净的能源。
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【教师】 列举材料 核电站问世40年来，总共发生过两次大的核事故：美国三哩岛核电站事故和前苏联切
尔诺贝利核电站事故，而发生事故的原因都同管理不严、操作失误有关。许多研究表明， 核电站的风险远远低于其他事故的风险，这是因为核电站从设计到建设都特别注意保证安 全，万一发生事故，也有一系列的应急措施来减轻事故造成的危害。相比之下，水电站大 坝崩溃、火电站或油库失火等事故在世界各国屡屡发生。1979年印度一座水电站的大坝垮 塌，造成15000人丧生；1989年前苏联的一条天然气管道由于泄漏而引起爆炸，当时正好 有两列客车通过，炸死了600多名旅客。
《新型能源材料》PPT课件
人造卫星上的太阳能电池西班牙塞维利亚太阳能发电站欧洲最大的太阳能电站可供18万户使用每年减排60万吨co槽式太阳能蝶式太阳能通过光电转化将太阳辐射能转化为电能加以利用是太阳能利用中最活跃的研究领域
新能源材料
New Energy Materials
熊小庆 纺织与材料工程学院
1
主要分类
➢ 太阳能电池材料 ➢ 锂离子电池材料 ➢ 裂变反应堆材料
• 太阳电池的工作原理是光伏效应：太阳光照在半导体 p-n结上，形成空穴-电子对，在p-n结内建电场的作 用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电 路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作 原理。
太阳能电池
光伏效应示意图
17
• 全球最大规模的光伏太阳能发电 项目—鄂尔多斯市政府与美国 first solar公司共建2000兆瓦 太阳能光伏发电厂。
U
＋
01n
235 92
U＋
01n
发生链反应 爆炸
13572T＋e
97 40
Z＋r
2
01n
142 56
B＋a
3961＋Kr 3
1 0
n
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
➢ 进一步使用有核的或表面凹凸不平的纳米粒子，大幅提高 薄膜的比表面积。
Chen X, Jia B, Saha J K, et al. Broadband enhancement in thin-film
新能源材料
New Energy Materials
熊小庆 纺织与材料工程学院
1
主要分类
➢ 太阳能电池材料 ➢ 锂离子电池材料 ➢ 裂变反应堆材料
• 太阳电池的工作原理是光伏效应：太阳光照在半导体 p-n结上，形成空穴-电子对，在p-n结内建电场的作 用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电 路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作 原理。
太阳能电池
光伏效应示意图
17
• 全球最大规模的光伏太阳能发电 项目—鄂尔多斯市政府与美国 first solar公司共建2000兆瓦 太阳能光伏发电厂。
U
＋
01n
235 92
U＋
01n
发生链反应 爆炸
13572T＋e
97 40
Z＋r
2
01n
142 56
B＋a
3961＋Kr 3
1 0
n
足以维持链反应正常进行的裂变材料质量叫临
界质量(critical mass)。 铀-235 的临界质量约为 1
kg，质量超过1 kg 则发生爆炸。
任何有核反应 堆的国家都不难得 到爆炸级的裂变材 料，原子弹的基本 设计又如此简单， 从而为防止核武器 扩散带来了困难。
➢ 进一步使用有核的或表面凹凸不平的纳米粒子，大幅提高 薄膜的比表面积。
Chen X, Jia B, Saha J K, et al. Broadband enhancement in thin-film
新能源材料课件
28
镁系储氢合金
• 在300-400℃和较高氢压下，Mg2Ni与氢生成 Mg2NiH4，含氢量为3.65wt％，理论储氢量可达6% ，但其稳定性强，释氢困难。
• 用Ca和A1取代部分Mg形成Mg2-xMxNi，氢比物离解速 度比Mg2Ni增大40％以上，活化容易，具有良好的 储氢性能，性质稳定。
• 利用过渡元素(M)置换Mg2Ni中的部分Ni，形成 Mg2Ni1-xMx合金(M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等)，也可 改善吸/释氢的速度，具有实用价值。
29
储氢合金的应用
• 氢储存是储氢合金最基本的应用。 • 金属氢化物储氢密度高，采用Mg2Ni制成的储氢容器
与高压(20MPa)钢瓶和深冷液化储氢装置相比， 在储氢量相等的情况下，三者质量比为1：1.4：
1.2，体积比为1：4：1.3； 储氢合金储氢无需高压或低温设施，节省能源； 氢以金属氢化物形式存在储氢合金中，安全可靠
氢气纯化工厂
氢气纯化装置
32
• 某些储氢合金的氢化物同氘、 氚化物相比，同一温度下吸释 氘氚的热力学和动力学特性有 较大差别，可用于氢同位素的 分离。
• TiNi合金吸收D2的速率为H2的 1/10 ， 将 含 7%D2 的 H2 导 入 到 TiNi合金中，每通过一次可使 D2 浓 缩 50% ， 通 过 多 次 压 缩 和 吸收，氘的浓度可迅速提高， 同时回收大量高纯H2。
34
• 储氢合金电极替代NiCd电池中的Cd负极，组成镍-氢 化物电池，不但具有高能量密度，而且耐过充，放 电能力强，无重金属Cd对人体和环境的危害。
• 富勒烯(C60)和碳纳米管(CNT) 对氢气具有较强的吸附作用。
富勒烯C60
单层碳纳米管的吸氢量比活性
镁系储氢合金
• 在300-400℃和较高氢压下，Mg2Ni与氢生成 Mg2NiH4，含氢量为3.65wt％，理论储氢量可达6% ，但其稳定性强，释氢困难。
• 用Ca和A1取代部分Mg形成Mg2-xMxNi，氢比物离解速 度比Mg2Ni增大40％以上，活化容易，具有良好的 储氢性能，性质稳定。
• 利用过渡元素(M)置换Mg2Ni中的部分Ni，形成 Mg2Ni1-xMx合金(M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等)，也可 改善吸/释氢的速度，具有实用价值。
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储氢合金的应用
• 氢储存是储氢合金最基本的应用。 • 金属氢化物储氢密度高，采用Mg2Ni制成的储氢容器
与高压(20MPa)钢瓶和深冷液化储氢装置相比， 在储氢量相等的情况下，三者质量比为1：1.4：
1.2，体积比为1：4：1.3； 储氢合金储氢无需高压或低温设施，节省能源； 氢以金属氢化物形式存在储氢合金中，安全可靠
氢气纯化工厂
氢气纯化装置
32
• 某些储氢合金的氢化物同氘、 氚化物相比，同一温度下吸释 氘氚的热力学和动力学特性有 较大差别，可用于氢同位素的 分离。
• TiNi合金吸收D2的速率为H2的 1/10 ， 将 含 7%D2 的 H2 导 入 到 TiNi合金中，每通过一次可使 D2 浓 缩 50% ， 通 过 多 次 压 缩 和 吸收，氘的浓度可迅速提高， 同时回收大量高纯H2。
34
• 储氢合金电极替代NiCd电池中的Cd负极，组成镍-氢 化物电池，不但具有高能量密度，而且耐过充，放 电能力强，无重金属Cd对人体和环境的危害。
• 富勒烯(C60)和碳纳米管(CNT) 对氢气具有较强的吸附作用。
富勒烯C60
单层碳纳米管的吸氢量比活性
新能源完整ppt课件
渗透压与盐差和温度成正比。盐差蕴藏的功率 等于渗透压与渗流流量的乘积。通常在河水和海水 交界处，渗透量为1m3/s时，则会有2500W左右的潜 在功率，相当25个大气压所具有的能量。
盐差能的利用主要是盐差发电。其方式有直接 耦合式、外混式、内混式等几种。
可编辑课件
28
（5）海流能
海水在海中沿水平方向或垂直方向上大规模流 动称为海流。海流没有明显的边界，但总是沿一定 路线稳定运动，或成线，或成圈，还有的绕流，可 以在接近海面，也可以海中某深度发生。海流的能 量由热能和动能组成，可利用的首先是动能，动能 的功率与流速的立方成正比。据估计，全世界海流 能拥有量约50亿千瓦。
32
风能的应用
可编辑课件澳大利亚风力发电 33
风能的应用
可编辑课件
34
四、核能
1、原子核能
原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称
作核能或原子能。
原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射
性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以
转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反应。
人民生活的质量，获得显可著编辑的课件经济和环保效益。
2
❖ 美国：风能首当其冲 ❖ 日本：太阳能铺就新能源路 ❖ 英国：风能核能并举 ❖ 丹麦：靠风“驱动”的国家 ❖ 芬兰：生物能源独辟蹊径 ❖ 冰岛：利用地热不再依赖石油 ❖ 挪威：借风发展“氢经济”
可编辑课件
3
一、太阳能
二、海洋能
三、风能
四、核能
对太阳能的利用，有间接利用与直接利用两种。间接利 用是利用由太阳能转化的其他能量，如生物质能、化石能、 风能、水能、海洋能等。人类对太阳能的开发时直接利用太 阳能，主要有：光热转换、光电转换和光化学转换。
盐差能的利用主要是盐差发电。其方式有直接 耦合式、外混式、内混式等几种。
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28
（5）海流能
海水在海中沿水平方向或垂直方向上大规模流 动称为海流。海流没有明显的边界，但总是沿一定 路线稳定运动，或成线，或成圈，还有的绕流，可 以在接近海面，也可以海中某深度发生。海流的能 量由热能和动能组成，可利用的首先是动能，动能 的功率与流速的立方成正比。据估计，全世界海流 能拥有量约50亿千瓦。
32
风能的应用
可编辑课件澳大利亚风力发电 33
风能的应用
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四、核能
1、原子核能
原子核能是原子核结构发生变化时释放出的能量，习惯上称
作核能或原子能。
原子核的变化过程有两种：一种是自发的变化过程，叫放射
性锐变。地球上由放射性锐变释放的原子核能在地球内部可以
转变为地热。另一种是人工制造的变化过程，叫核反应。
人民生活的质量，获得显可著编辑的课件经济和环保效益。
2
❖ 美国：风能首当其冲 ❖ 日本：太阳能铺就新能源路 ❖ 英国：风能核能并举 ❖ 丹麦：靠风“驱动”的国家 ❖ 芬兰：生物能源独辟蹊径 ❖ 冰岛：利用地热不再依赖石油 ❖ 挪威：借风发展“氢经济”
可编辑课件
3
一、太阳能
二、海洋能
三、风能
四、核能
对太阳能的利用，有间接利用与直接利用两种。间接利 用是利用由太阳能转化的其他能量，如生物质能、化石能、 风能、水能、海洋能等。人类对太阳能的开发时直接利用太 阳能，主要有：光热转换、光电转换和光化学转换。
新能源材料技术PPT幻灯片
10
5)延长材料的使用寿命
现代的发电技术、内燃机技术是众多科学家 与工程师在几十年到上百年间的研究开发成果。 用新能源及其装置对这些技术进行取代所遇到的 最大问题是成本有无竞争性。从材料的角度考虑， 要降低成本，一方面要靠从上述各研究开发要点 方面进行努力；另一方面还要靠延长材料的使用 寿命。这方面的潜力是很大的。这要从解决材料 性能退化的原理着手，采取相应措施，包括选择 材料的合理组成或结构、材料的表面改性等；并 要选择合理的使用条件，如降低燃料中的有害杂 质含量以提高燃料电池催化剂的寿命就是一个明 显的例子。
5
3 新能源材料的任务及面临的课题
为了发挥材料的作用，新能源材料面临着艰巨 的任务。作为材料科学与工程的重要组成部分，新 能源材料的主要研究内容同样也是材料的组成与结 构、制备与加工工艺、材料的性质、材料的使用效 能以及它们四者的关系。结合新能源材料的特点， 新能源材料研究开发的重点有以下几方面:
4
(3)新材料决定着新能源的性能与安全性。新型核 反应堆需要新型的耐腐蚀、耐辐照材料。这些材 料的组成与可靠性对反应堆的安全运行和环境污 染起决定性作用。
(4)材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着新 能源的投资与运行成本。例如，太阳电池所用的 材料决定着光电转换效率，燃料电池及蓄电池的 电极材料及电解质的质量决定着电池的性能与寿 命，而这些材料的制备工艺与设备又决定着能源 的成本。因此，这些因素是决定该种新能源能否 得到大规模应用的关键。
[5]杨德仁.太阳电池材料[ M ]. 化学工业出版社， 2007.
22
13
4.1.2正极材料
目前使用的正极材料为LiCoO2。对此化 合物的晶体结构、化学组成、粉末粒度以及粒 度分布等因素对电池性能的影响进行了深入的 研究。为了降低成本，提高电池的性能，还研 究了一些金属取代金属钴。目前研究较多的是 LiMn2O4和LiFePO4，还在研究双离子传递型聚 合物正极材料。
5)延长材料的使用寿命
现代的发电技术、内燃机技术是众多科学家 与工程师在几十年到上百年间的研究开发成果。 用新能源及其装置对这些技术进行取代所遇到的 最大问题是成本有无竞争性。从材料的角度考虑， 要降低成本，一方面要靠从上述各研究开发要点 方面进行努力；另一方面还要靠延长材料的使用 寿命。这方面的潜力是很大的。这要从解决材料 性能退化的原理着手，采取相应措施，包括选择 材料的合理组成或结构、材料的表面改性等；并 要选择合理的使用条件，如降低燃料中的有害杂 质含量以提高燃料电池催化剂的寿命就是一个明 显的例子。
5
3 新能源材料的任务及面临的课题
为了发挥材料的作用，新能源材料面临着艰巨 的任务。作为材料科学与工程的重要组成部分，新 能源材料的主要研究内容同样也是材料的组成与结 构、制备与加工工艺、材料的性质、材料的使用效 能以及它们四者的关系。结合新能源材料的特点， 新能源材料研究开发的重点有以下几方面:
4
(3)新材料决定着新能源的性能与安全性。新型核 反应堆需要新型的耐腐蚀、耐辐照材料。这些材 料的组成与可靠性对反应堆的安全运行和环境污 染起决定性作用。
(4)材料的组成、结构、制作与加工工艺决定着新 能源的投资与运行成本。例如，太阳电池所用的 材料决定着光电转换效率，燃料电池及蓄电池的 电极材料及电解质的质量决定着电池的性能与寿 命，而这些材料的制备工艺与设备又决定着能源 的成本。因此，这些因素是决定该种新能源能否 得到大规模应用的关键。
[5]杨德仁.太阳电池材料[ M ]. 化学工业出版社， 2007.
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4.1.2正极材料
目前使用的正极材料为LiCoO2。对此化 合物的晶体结构、化学组成、粉末粒度以及粒 度分布等因素对电池性能的影响进行了深入的 研究。为了降低成本，提高电池的性能，还研 究了一些金属取代金属钴。目前研究较多的是 LiMn2O4和LiFePO4，还在研究双离子传递型聚 合物正极材料。
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石墨化炭负极材料——中间相炭微球(MCMB)
制备中间相炭微球的常规方法包括两步：热处理稠环 中间相炭微球，简称 MCMB. 芳烃化合物(煤焦油沥青、石油焦沥青等)以聚合产生中间 一般的理论认为，锂离子在石墨结构中的嵌入主要发 相小球体，然后利用适当的方法将中间相小球体从母液中 生在 0.25V以下。锂离子在MCMB中的嵌入形式除了嵌入它 分离出来。分离方法主要有两种：溶剂萃取法和热离心分 离法。溶剂萃取法是利用喹琳、吡啶等溶剂将母液萃取走 的石墨化结构，同时也嵌入其非石墨化结构如卷曲结构、晶 而得到中间相炭微球。热离心分离法则在较高的温度下， 格缺陷等，由于这些特殊的嵌锂特性，使得 MCMB 具有特 利用中间相炭微球与母液的密度不同而初步分离，再利用 别高的嵌锂容量。 溶剂抽提的办法进一步分离。两种方法各有优缺点，前者
操作和设备简单，但需要大量的溶剂，操作费时，适于实 验室研究；后者溶剂消耗量大大减少，但设备复杂，适于 工业化生产。
非石墨负极材料（硬炭、软炭）
近年来，大量的研究表明许多低温热解炭材料具有很高 虽然热解硬炭材料一般具有很高的可逆嵌锂容量，但由于其 的嵌锂容量，通过热解聚糖醇得到比容量为 450mAh/g 的 存在相当大的不可逆容量、严重的电压滞后现象及对空气 炭材料用聚苯酚作前驱体的热解炭负极材料的可逆容量达到 敏感等缺陷，使得热解硬炭材料应用于商品化锂离子电池 580Ah/g ，远远超出石墨类炭材料的理论嵌锂离子容量 面临着很大的困难。深入研究原料结构与热解炭材料性质 (372mAh/g ），这类炭材料一般在炭化初期便经由s护杂化 形成立体交联 34lj，从而妨碍了网面平行生长，具有无定形 之间关系，利用分子设计合成一些具有特殊网络结构的高 结构，即使在很高温度 (大于2800℃)下进行热处理也难以石 聚物，从而显著降低其不可逆容量及电压滞后现象，将是 墨化，故称之为硬炭 (hardcbaron)。硬炭材料与含PC体系 制备嵌锂性能优异的热解炭材料的一个重要发展方向。 的电解液能够较好地相容，避开了石墨对PC电解液的缺陷。
制备硅复合材料方法
通过球磨法制备复合材料。
采用氧化还原法制备纳米硅/聚吡咯/银复合材料
硅负极材料的缺点
硅是半导体材料，导电性能欠佳。
充放电过程中体积膨胀严重，导致活性材料粉末化以及 基体之前电接触变差，影响电化学性能以及循环稳定性
硅在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面膜伴随着 电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的 SEI 膜，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。
锂电池负极
讲 解 人： 丁云成 组 员： 莫 凡 迪丽 努尔 马树君 周晓洁
锂电池负极材料要 求
正负极的电化学位差大，从而获得高功率电池 锂离子的嵌入反应自由能变化小 锂离子的可逆容量大，以保证电池稳定工作电压 良好的电导率，热力学稳定同时不与电解质反应
循环性好，电池寿命长
锂离子在负极的固态结构中具有高扩散率 材料结构稳定，制作工艺简单，成本低廉
硅基合金复合材料
硅与惰性嵌锂金属 惰性金属分散载锂材料，改善硅复合材料的电子导 电性，提高硅基材料的电化学性能和循环性能
硅与活性嵌锂金属 活性金属其本身具有脱嵌锂功能，使硅材料的体积 膨胀效应发生不同阶段，减少脱嵌锂对硅材料破坏，改 善硅材料的电化学性能和循环性能
碳包覆表面改性 电活性导电聚合物包裹
锡氧化物研究
主要分为三种：
氧化亚锡、氧化锡及其混合物、氧化锡 SnO2 容量同石墨材料相比，要高许多，大概在 500mAh/ g 以上。 但是其循环性能并不理想，由于制备方式 不同，性能也有较大差别。
锡的氧化物为何能可逆储锂
目前有两种看法：
合金型，Li+SnO2(SnO） LixSn Li+SnO2(SnO） Sn+Li2O Sn+Li
料。
电活性导电聚合物包裹
硅纳米化 改良
碳掺杂 硅材料纳米化，利用纳米材料的尺寸效应， 纳米材料具有较大表面和较高缺陷密度，热 提升动力学性能，延长电极的循环寿命，改善电 力学不稳定，容易发生团聚现象，影响电化学性 极材料与电解质溶液的浸润性，提高材料的电化 能。为解决这一问题，可以加入碳材料，一方面 学性能。 抑制Si材料的体积膨胀和颗粒的团聚，另一方面 提高材料导电率，从而改善硅材料的倍率放电性 缺点：具有较大表面和较高缺陷密度，热力学不 能和循环性能 稳定，容易发生团聚现象。
锂电池负极材料分类
碳负极材料
锡基负极材料
锂过渡金属氮化物负极材料
合金类负极材料 纳米级负极材料
纳米氧化物材料
炭负极材料
与其它嵌锂材料相比，炭材料具有高比容量、低电化 学电势、良好的循环性能、廉价、无毒、在空气中稳定等优
点，是目前最理想的锂离子电池负极材料。近年来，各种炭
被广泛研究用作锂离子电池的负极材料，其中主要有天然石 墨、人造石墨、焦炭、中间相炭微球、炭纤维和低温热解炭 材料等。根据在高温下是否能够石墨化，可以将非石墨类炭 材料分为软炭和硬炭两种。其中软炭可以在高温下 ( 大于
石墨负极材料
锂离子在石墨材料中嵌入或脱嵌时，随着锂嵌入量的不同， 可以得到一系列不同阶数的石墨层间化合物，在充放电曲线 上出现相应的电势平台，
石墨具有较高的比容量，低而平稳的放电平台电势(在0V~25V vs Li/Li+之间)， 因而成为锂离子电池负极的首选材料。但是石墨也存在一些缺点，主要表现在石 墨材料对电解液的组成非常敏感，完全不适合于含有PC的电解液;耐过充放电能力 差;在充放电过程中石墨结构易于遭到破坏;由于石墨的表面性质很不均匀，在首次 充电时难以形成均匀、致密的SEI膜，从而首次充放电效率低、循环性能不理想。
离子型，
LixSnO2（LixSnO） 从上可看出，氧化锡和氧化亚锡均可以可 逆储锂它们的混合物也可以可逆储锂。
复合氧化物
在氧化亚锡、氧化锡中引入一些非金属、 金属氧化物，如Ｂ、Al、P、Si、Ge、Ti、Mn、 Fe、Zn等，并进行热处理，可以得到复合氧化 物。
பைடு நூலகம்
部分元素与锡的复合氧化物可逆容量与循环次数的关 系
包覆型的硅碳复合材料是硅为主体，在硅 导电聚合物的突出优点即具有金属和无机半 材料的表面包覆一层碳，起到缓冲硅材料的体积 导体的电学和光学双重特性，又具有聚合物柔韧 膨胀效应和增强电子导电率的作用，硅复合材料 的机械性能和可加工性，还具有可逆电化学氧化 还原活性。在制备复合材料中，具有丰富的研究 中的硅的含量较高，可逆容量较高，可以提高硅 空间和发展潜能。 复合材料循环稳定性。
硅基负极材料的分类 硅基负极材料的研究
现在商业化生产的主要是碳类负极材料，但 硅纳米化
碳掺杂 它容量低，安全性能有待提高。为了寻找更高容 硅基合金复合材料 量和性能优越的负极材料。硅材料因为其来源丰 碳包覆表面改性
富，价格便宜，且其比容量高。这些优点使其成
为研究的热点，是一种具有很大潜力的新负极材
锡盐与其他锡化物
除了氧化物外，锡盐也可以作为锂二次电池的负极 材料，如SnSO4 。最高可逆容量可以达到600mAh/g以 上。当然，别的锡盐也可以，如Sn2PO4Cl. 锂在SnSO4中的插入和脱插过程发生的反应如下： SnSO4 +2Li Sn + Li2SO4 （约1.6V）
Sn + 4Li
2300℃)石墨化，而硬炭材料则即使在2800℃的高温下也难
以进行石墨化。现在商业化生产的主要是碳类负极材料，但 它容量低，安全性能有待提高。
炭负极材料——石墨
石墨具有良好的层状结构，石墨晶体的片层结构中碳 原子呈六角形排列并向二维方向延伸 , 理想石墨的层间距为 0.3354nm，石墨层间仅存在较弱的范德华力作用。在较低电 势时，锂离子能够可逆地嵌入石墨层间，形成石墨插层化合 物(GIC)。由于Li+电荷间的相互排斥，Li+在各石墨层间只能 占据相间的晶格点，如图所示，即LixC6中，对应最大嵌锂量 时x为1，理论比容量为372mAh/g。
Li4SO(第2次循环以后）
SnSO4优点 与低温碳材料、天然石墨等相比，可以大电流充放电， 同时又容易获得，因此其应用前景也非常广阔。
其他锡化物
包括：锡硅氧氮化物、锡的羟氧化物、硫化锡 和纳米金属锡等。
锡硅氧氮化物，可逆容量为260mAh/g，当在空气中于 250°C热处理1h后，可达340mAh/g以上。 锡的羟氧化物，可逆容量高达855mAh/g。