锂电池,LED,太阳能电池,认识实习报告要点

认识实习报告

姓名：王丹学号： 20090556

学院(系)：材料科学与工程学院专业：材料化学

班级：2009级材化指导教师：王达建段月琴

实习名称：认识实习实习时间: 2012-6-2至2012-7-9

目录

一、锂电池材料生产

二、LED材料与技术

三、晶体硅太阳电池工艺

一.锂电池材料生产

1.1 概述

锂电池（Lithium battery）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

锂离子电池是继镍镉、镍氢电池之后的新一代二次电池，在移动通讯、PDA、笔记本电脑等移动便携式电子终端设备领域占据着主导地位。锂离子电池也是未来动力电池的重要发展方向。目前锂离子动力电池的技术日趋成熟，已经成功应用于电动工具、电动自行车等领域，在电动汽车用动力电池领域也显示出非常好的前景。另外，风能、太阳能甚至水电等的大规模发展，也将推动了锂离子电池的应用。

1.2 基本原理

图1.锂离子电池原理

1.3电池构成

图2.电池的基本结构

正极：LiCoO2 、LiMn2O4 、LiFePO4、LiNixMnyCozO2

负极：碳素材料、Li4Ti5O12、nanoSn、nanoSi

电解液：锂盐、溶剂、添加剂

隔膜 : PP/PE/PP、PE、PP

附件: 集流体、导电剂、粘结剂、极耳、外壳

1.4锂电池材料

1.正极材料

LiCoO2最早是由Goodenough等人在1980年提出可以用于锂离子电池的正极材料，之后得到了广泛的研究。LiCoO2理论容量为274 mAh/g，具有合成方法简单，工作电压高，充放电电压平稳，循环性能好等优点，是最早用于商品化的锂离子电池的正极材料。

LiNi1−x-yCoyMnxO2与LiCoO2一样，具有α-NaFeO2 型层状结构（R-3m空间群），理论容量约为275 mAh/g。三元材料结构稳定，循环性能好，安全性高，是动力电池材料选择之一。实际放电容量可达160 mAh/g以上，但压实密度较低。

理论克容量148mAh/g，具有电化学性能好、成本低、资源丰富以及无毒性等优点，是目前研究较多的动力电池正极材料之一。

两点缺陷：（1）锰的溶解 2 Mn3+固→ Mn4+固+ Mn2+液

（2）Janh-Teller畸变

改进方法：目前对尖晶石型LiMn2O4的改性方法主要是减小颗粒粒径；掺杂阴阳离子和表面修饰等。

图 3.富锂锰氧xLi2MnO3·(1-x)LiMO2●高比容量●高能量密度●高安全性●经济环保

2.负极材料

1)石墨

*层状结构，理论克容量372mAh/g

*LiC6 嵌入化合物结构

*离子扩散能力受温度影响，低温析锂

*表面钝化层SEI

2)碳素材料分类

3）硬碳

*低温充放电性能优异，倍率输出高，低体积膨胀率 *低压实密度，高温存储问题

4）其他负极材料

3.隔膜

材质：聚烯烃材质（ PP 、PE、PP/PE/PP）、Coating separator

作用：多空隙结构，离子导体，电子绝缘体

制备工艺：干法隔膜、湿法隔膜

关键指标参数：厚度、外观、刺穿强度、抗拉强度、孔隙率、透气度等

4.锂离子电池电解液

a. 在较宽的温度范围内离子导电率高，锂离子迁移数大，以减少电池在充放电过程中的浓差极化；

b. 热稳定性好，以保证电池在合适的温度范围内操作；

c. 电化学稳定窗口宽，最好在0～5V电解质不发生分解反应，不与正负极材料发生显著的副反应，满足在电化学过程中电极反应的单一性；

d. 对于固体或胶体电解质，还要具有良好的力学性能和可加工性能；

e. 价格成本低；

f. 安全性好，闪点高或不燃烧；

g. 无毒无污染，不会对环境造成危害。

1.5锂离子电池材料基本要求

作为理想的锂离子电池材料，必须满足以下要求：

（1）正极具有较高的氧化还原电位，负极具有较低氧化还原电位，保证锂离子电池的高电压特性；

（2）允许大量的锂离子嵌入脱出，保证锂离子电池的高容量特性；

（3）嵌入脱出过程的可逆性好，充放电过程中材料结构变化较小；

（4）锂离子能够快速的嵌入和脱出，具有高的电子导电率和离子导电率；

（5）在电解液中化学稳定性好；

（6）低廉，容易制备，对环境友好等。

1.6电池结构

1.7动力电池存在的问题

1.安全可靠性:锂离子电池较高的比能量，带来相对严峻的安全问题。

内部短路•自放电，•起火，•爆炸•粉尘，•毛刺，•锂枝晶•设计冗余不足安全可靠性评估

2.产品一致性1). 性能参数一致性保持电池的内阻，容量，电压，自放电等一致，即电池在充放电过程中能够保持一致的充放电行为。由于电池是循环多次使用，电池的性能指标是相对变化的，所以对单体电池的要求更高。

2). 电流密度&热量分布一致性

3)运行环境一致性：热模拟；机械模拟

3.功率能量密度

4.循环寿命

1.8锂电池优点和缺点

锂电池主要优点： 1．能量比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；

2．使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录；

3．额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；

4．具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；

5．自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；

6．重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-6；

7．高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；

8．绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。