锂电池-LED-太阳能电池-认识实习报告
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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;