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化”的概念，这正是功能材料与通常的结构材料的不同。
2020年10月2日
5
二、锂离子电池正极材料 2.1 电池的发展及我国的电池发展简史
• 1800年意大利人伏打发明了人类历史上第一套电源装置， 使人们开始对电池原理有所了解，电池得到了应用。
• 1859年发明铅酸电池，1882年实现其商品化，是最先得到 应用的充电电池体系。
• 1868年发明干电池，1888年实现商品化。
• 1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池。
• 进入20世纪后，电池理论和技术一度处于停滞时期，但在
第二次世界大战之后，随着一些基础研究在理论上取得突
破及新型电极材料的开发和各种电器Leabharlann Baidu日新月异的发展，
2020电年1池0月2技日 术又进入快速发展时期。
新材料新工艺
2020年10月2日
1
公共邮箱
邮箱: 密码： xincailiao
2020年10月2日
2
第五讲：先进功能材料
2020年10月2日
3
一、功能材料
• 什么是功能材料？尚无公认的科学定义。人们常常将以物 理、化学性能为主要技术指标应用的工程材料称为“功能 材料”，因此，功能材料是指在电、磁、光、热、声、化、 生物学等方面具有特殊性质，或者在其作用下表现出有特 殊功能的材料。
• 结构材料：以强度、塑性等力学性能为主要技术指标应用 的工程材料。
2020年10月2日
4
• 与结构材料相比较，功能材料一般有如下一些特点： 1 人们在应用功能材料时，既可以利用其单一理化效应，也
可以应用其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种 功能。 2 结构材料往往是以材料的形式（棒、条、板丝）为最终产 品和对材料进行性能评价；与此相反，功能材料通常是以 元器件形式，在模拟使用环境条件下对元器件的功能评价 作为对功能材料的评价。这就是通常讲的“材料元件一体
国家又开始锂离子电池重点公关，希望推动锂离子电池及 其材料的国产化。
2020年10月2日
7
当今社会对电池的需求
电池在人们日常生活和国防工业中的作用越来越重要。
移动通讯、便携式电器、电动工具日益向小型化、轻 型
化发展，种类和使用量不断增加，因而电池的需求量不断
增大，同时也对化学电源提出了更高的要求。
电动玩具
笔记本电脑
电池的需求量不断增大，同时也 对化学电源提出了更高的要求。
2020年10月2日
电动工具
10
石油资源缺乏
2020年10月2日
尾气污染
温室效应加剧
11
电动汽车
电动自行车
化学电源是其中发展的关键部件。
低成本、无毒无污染、高比能量、安全可靠是化学电源追求的重点。
2020年10月2日
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6
2.1 电池的发展及我国的电池发展简史
• 我国第一家电池厂于1911年诞生在上海。 • 1921年我国第一家专业铅蓄电池厂——上海蓄电池厂。 • 1941年在延安开始生产锌锰干电池和修理铅酸蓄电池。 • 1957年组建化学电源研究室。 • 1960年我国第一家碱性蓄电池厂——“风云器材厂”在河
南新乡正式验收投产。 • 20世纪90年代初Ni-MH电池的产业化得到迅速发展，以后
由于石油资源的缺乏，汽油价格的不断上涨，电动
汽车和混合电动车以及电动摩托车和电动自行车倍受关
注，化学电源是其中发展的关键部件。
因此，低成本、无毒无污染、高比能量、安全可靠成为
2化020学年1电0月源2日追求的重点内容。
8
移动通讯、便携式电子产品
2020年10月2日
大哥大
MP5
手机
照相机
矿灯
9
摄像机
2.2.1锂离子电池的特点： 优点
1 容量高；mA•h/g， mAh 2 平均输出电压高（3.7V，为Ni-Cd、Ni-MH 电池的3倍）； 3 自放电小（每月10%以下，不到Ni-Cd、Ni-MH的一半）； 4 没有记忆效应，循环性能优越； 5 可快速充电； 6 工作温度范围宽（-25~45℃，期望拓宽到-40~70℃） 7 无需维修；
2作020为年1最0月新2日一代二次电池，自1990年问世以来发展十分迅速。18
• 目前所用锂离子电池材料 电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料
等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池 的性能与价格。
正极：锂的过渡金属氧化物（LiCoO2等） 负极：碳素类材料，包括石墨、硬碳和软碳等 负极材料发展较为成熟，在目前的商业化生产的锂离 子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的40％左 右，它的价格直接决定着锂离子电池价格。
当前电池工业发展的三大特征： (1)绿色环保型电池成为主流，发展迅猛，包括锂离子电池、
镍氢电池等； (2)一次性电池向二次可充电池转化，符合可持续发展战略； (3)进一步向小型化、轻型化方向发展。
锂离子电池作为最新一代二次电池，自1990年问世以 来发展十分迅速。
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2.2 锂离子电池的特点、原理及发展
2020年10月2日
16
2.2.1 锂离子电池的原理
锂离子电池工作原理图
2020年10月2日
别称：
羽毛球电池 摇椅电池 锂离子二次电池 锂离子充电电池 锂离子蓄电池
俗称：锂电池
17
2.2.1 锂离子电池的发展
• 锂离子电池（锂离子二次电池、锂离子充电电池、锂离子 蓄电池） 是在锂一次电池基础上发展起来的。
2020年10月2日
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2.2.1 锂离子电池的特点
8 没有污染，称为绿色电池； 9 使用寿命长（浅度充放电可达5000次以上）； 10 加工灵活 可以制作称各种形状的电池； 11 安全可靠； 12 体积利用率高； 13 应用领域广。
2020年10月2日
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2.2.1 锂离子电池的特点
• 缺点： 1 成本高 2 必须有特殊的保护电路，以防止过充电 3 与普通电池相容性差 与其优点相比，这些缺点不是主要问题。
• 早期以金属锂为负极的锂二次电池体系存在问题： 1 主要是在充电的过程中，由于金属锂电极表面不均匀 （凹凸不平）导致表面的电位分布不均匀，从而造成锂的 不均匀沉积，容易形成锂的枝晶。当枝晶发展到一定程度 时，会发生折断，产生“死锂”，造成锂的不可逆； 2 另一方面枝晶会穿过隔膜造成电池内部电路短路，导致 电池着火甚至发生爆炸等。
2020年10月2日
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2.2.2 锂离子电池正极材料
2020年10月2日
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二、锂离子电池正极材料 2.1 电池的发展及我国的电池发展简史
• 1800年意大利人伏打发明了人类历史上第一套电源装置， 使人们开始对电池原理有所了解，电池得到了应用。
• 1859年发明铅酸电池，1882年实现其商品化，是最先得到 应用的充电电池体系。
• 1868年发明干电池，1888年实现商品化。
• 1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池。
• 进入20世纪后，电池理论和技术一度处于停滞时期，但在
第二次世界大战之后，随着一些基础研究在理论上取得突
破及新型电极材料的开发和各种电器Leabharlann Baidu日新月异的发展，
2020电年1池0月2技日 术又进入快速发展时期。
新材料新工艺
2020年10月2日
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公共邮箱
邮箱: 密码： xincailiao
2020年10月2日
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第五讲：先进功能材料
2020年10月2日
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一、功能材料
• 什么是功能材料？尚无公认的科学定义。人们常常将以物 理、化学性能为主要技术指标应用的工程材料称为“功能 材料”，因此，功能材料是指在电、磁、光、热、声、化、 生物学等方面具有特殊性质，或者在其作用下表现出有特 殊功能的材料。
• 结构材料：以强度、塑性等力学性能为主要技术指标应用 的工程材料。
2020年10月2日
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• 与结构材料相比较，功能材料一般有如下一些特点： 1 人们在应用功能材料时，既可以利用其单一理化效应，也
可以应用其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种 功能。 2 结构材料往往是以材料的形式（棒、条、板丝）为最终产 品和对材料进行性能评价；与此相反，功能材料通常是以 元器件形式，在模拟使用环境条件下对元器件的功能评价 作为对功能材料的评价。这就是通常讲的“材料元件一体
国家又开始锂离子电池重点公关，希望推动锂离子电池及 其材料的国产化。
2020年10月2日
7
当今社会对电池的需求
电池在人们日常生活和国防工业中的作用越来越重要。
移动通讯、便携式电器、电动工具日益向小型化、轻 型
化发展，种类和使用量不断增加，因而电池的需求量不断
增大，同时也对化学电源提出了更高的要求。
电动玩具
笔记本电脑
电池的需求量不断增大，同时也 对化学电源提出了更高的要求。
2020年10月2日
电动工具
10
石油资源缺乏
2020年10月2日
尾气污染
温室效应加剧
11
电动汽车
电动自行车
化学电源是其中发展的关键部件。
低成本、无毒无污染、高比能量、安全可靠是化学电源追求的重点。
2020年10月2日
12
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2.1 电池的发展及我国的电池发展简史
• 我国第一家电池厂于1911年诞生在上海。 • 1921年我国第一家专业铅蓄电池厂——上海蓄电池厂。 • 1941年在延安开始生产锌锰干电池和修理铅酸蓄电池。 • 1957年组建化学电源研究室。 • 1960年我国第一家碱性蓄电池厂——“风云器材厂”在河
南新乡正式验收投产。 • 20世纪90年代初Ni-MH电池的产业化得到迅速发展，以后
由于石油资源的缺乏，汽油价格的不断上涨，电动
汽车和混合电动车以及电动摩托车和电动自行车倍受关
注，化学电源是其中发展的关键部件。
因此，低成本、无毒无污染、高比能量、安全可靠成为
2化020学年1电0月源2日追求的重点内容。
8
移动通讯、便携式电子产品
2020年10月2日
大哥大
MP5
手机
照相机
矿灯
9
摄像机
2.2.1锂离子电池的特点： 优点
1 容量高；mA•h/g， mAh 2 平均输出电压高（3.7V，为Ni-Cd、Ni-MH 电池的3倍）； 3 自放电小（每月10%以下，不到Ni-Cd、Ni-MH的一半）； 4 没有记忆效应，循环性能优越； 5 可快速充电； 6 工作温度范围宽（-25~45℃，期望拓宽到-40~70℃） 7 无需维修；
2作020为年1最0月新2日一代二次电池，自1990年问世以来发展十分迅速。18
• 目前所用锂离子电池材料 电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料
等。其中正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池 的性能与价格。
正极：锂的过渡金属氧化物（LiCoO2等） 负极：碳素类材料，包括石墨、硬碳和软碳等 负极材料发展较为成熟，在目前的商业化生产的锂离 子电池中，正极材料的成本大约占整个电池成本的40％左 右，它的价格直接决定着锂离子电池价格。
当前电池工业发展的三大特征： (1)绿色环保型电池成为主流，发展迅猛，包括锂离子电池、
镍氢电池等； (2)一次性电池向二次可充电池转化，符合可持续发展战略； (3)进一步向小型化、轻型化方向发展。
锂离子电池作为最新一代二次电池，自1990年问世以 来发展十分迅速。
2020年10月2日
13
2.2 锂离子电池的特点、原理及发展
2020年10月2日
16
2.2.1 锂离子电池的原理
锂离子电池工作原理图
2020年10月2日
别称：
羽毛球电池 摇椅电池 锂离子二次电池 锂离子充电电池 锂离子蓄电池
俗称：锂电池
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2.2.1 锂离子电池的发展
• 锂离子电池（锂离子二次电池、锂离子充电电池、锂离子 蓄电池） 是在锂一次电池基础上发展起来的。
2020年10月2日
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2.2.1 锂离子电池的特点
8 没有污染，称为绿色电池； 9 使用寿命长（浅度充放电可达5000次以上）； 10 加工灵活 可以制作称各种形状的电池； 11 安全可靠； 12 体积利用率高； 13 应用领域广。
2020年10月2日
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2.2.1 锂离子电池的特点
• 缺点： 1 成本高 2 必须有特殊的保护电路，以防止过充电 3 与普通电池相容性差 与其优点相比，这些缺点不是主要问题。
• 早期以金属锂为负极的锂二次电池体系存在问题： 1 主要是在充电的过程中，由于金属锂电极表面不均匀 （凹凸不平）导致表面的电位分布不均匀，从而造成锂的 不均匀沉积，容易形成锂的枝晶。当枝晶发展到一定程度 时，会发生折断，产生“死锂”，造成锂的不可逆； 2 另一方面枝晶会穿过隔膜造成电池内部电路短路，导致 电池着火甚至发生爆炸等。
2020年10月2日
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2.2.2 锂离子电池正极材料