畢業(yè)設(shè)計（論文）-聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀.doc

聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 I 目錄 摘要1 第一章 聚合物鋰離子電池發(fā)展史.2 第二章 聚合物鋰離子電池的概述.3 2.1 聚合物鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)與分類.3 2.1.1聚合物鋰離 子電池的基本結(jié)構(gòu)3 2.1.2聚合物鋰離子 電池的分類3 2.2 聚合物鋰離子電池的工作原理4 2.3 聚合物鋰離子電池的正負(fù)極材料.5 2.3.1聚合物鋰離子 電池的正極材料5 2.3.2聚合物鋰離 子電池的負(fù)極材料5 2.4 聚合物鋰離子電池的特點.6 第三章 聚合物鋰離子電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.7 3.1 聚合物鋰離子電池正確使用7 3.2 聚合物鋰離子電池產(chǎn)業(yè)環(huán)?，F(xiàn)狀及存在的問題8 3.3 解決環(huán)保問題的關(guān)鍵舉措是全面實施電池回收政策9 3.4 我國對聚合物鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展設(shè)想9 第四章 聚合物鋰離子電池的應(yīng)用.11 4.1 電子產(chǎn)品11 4.2 交通工具11 4.2.1現(xiàn)代汽 車12 4.2.2 電動自行車.12 4.3 航空航天13 4.4 軍事13 4.5 其它13 4.5.1 醫(yī)療14 4.5.2 電力儲存系統(tǒng).14 4.5.3 其它方面14 結(jié) 論.15 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 II 參考文獻(xiàn).16 致 謝.17 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 1 摘要摘要 聚合物鋰離子電池是將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，又能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為 電釋放出去的一種電化學(xué)裝置，其生產(chǎn)制造的專業(yè)化程度較高。在工序產(chǎn)品特 性的形成過程中，有諸多的物理變化與化學(xué)變化，相互交織及電能、化學(xué)能、 熱能和機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化。聚合物鋰離子電池是指其中的 Li+嵌入和脫出正極材 料的一種可重放電的高能電池。 關(guān)鍵詞 聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 分類分類 工作原理工作原理 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 2 第一章 聚合物鋰離子電池發(fā)展史 任何事物的誕生都有一定的背景，鋰離子電池的產(chǎn)生同樣也離不開這一點。 20 世紀(jì) 6070 年代發(fā)生的石油危機(jī)迫使人們?nèi)ふ倚碌哪茉?。?20 世紀(jì) 70 年代初實現(xiàn)了鋰離子電池的商品化。在 20 世紀(jì) 80 年代末以前，人們主要集中 在以金屬鋰及其合金為負(fù)極的鋰二次電池體系。1980 年，Goodenough1等提出 以氧化鈷鋰（LiCoO2）為正極材料的鋰充電電池，揭開了鋰離子電池的雛形。 1985 年發(fā)現(xiàn)碳材料可以作為鋰充電電池的負(fù)極材料，發(fā)明了鋰離子電池，1986 年完成了鋰離子電池的原形設(shè)計。20 世紀(jì) 80 年代末、90 年代初，Moli2公司 和 Sony 公司發(fā)現(xiàn)用具有石墨結(jié)構(gòu)的碳材料取代金屬鋰負(fù)極，正極采用鋰與過渡 金屬的復(fù)合氧化物如氧化鈷鋰（LiCoO2） 。 聚合物鋰離子電池在 1994 年誕生，當(dāng)時是采用凝膠型聚合物電解質(zhì)，其原 理和概念是原 Bellcore3公司提出的。后來日本 Sony4、韓國 Samsung5等公司 在此基礎(chǔ)上開發(fā)出新型結(jié)構(gòu)的凝膠型聚合物鋰離子電池，并在 2000 年前后進(jìn)行 了生產(chǎn)。 目前使用的聚合物鋰離子電池的原理和充放電過程中進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)， 除了電解質(zhì)采用凝膠型聚合物電解質(zhì)外，實際上與液態(tài)鋰離子電池基本上一樣。 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 3 第二章 聚合物鋰離子電池的概述 2.1 聚合物鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)與分類 2.1.1 聚合物鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu) (1)正極鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰 (2)隔膜聚丙烯、聚乙烯微孔膜 (3)負(fù)極Li+單質(zhì)、Li+合金、石墨化碳材料、非碳負(fù)極材料 (4)電解液鋰鹽和有機(jī)溶劑的凝膠型聚合物電解質(zhì) (5)外殼五金件外殼、安全閥、過充過放保護(hù)電路 圖 2-1 方形聚合物鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖 2.1.2 聚合物鋰離子電池的分類 聚合物鋰離子電池可分為三類： (1)固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池 電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于 高溫使用。 (2)凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池 即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使 電池可在常溫下使用。 (3)聚合物正極材料的鋰離子電池 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 4 采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料， 其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的 3 倍， 是最新一代的鋰離子電池。由于用固 體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì) ,與液態(tài)鋰 離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化 等優(yōu)點，也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合 薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還 可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提 高 50%以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面 都比鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代 鋰離子電池。聚合物鋰離子 (Lithium ion polymer)電池，具有更高能量密度、 小型化、薄型化、輕量化、高安全性、長循環(huán)壽命與低成本的新型電池。因 此，在未來 23 年內(nèi)，聚合物鋰電池取代鋰離子電池市場的份額將達(dá) 50%。 2.2 聚合物鋰離子電池的工作原理 聚合物鋰離子電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式（以里化合物）如下： (-) C | LiPF6EC+DEC | LiCoO2 (+) 正極反應(yīng)：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi+xe- （2- 1） 負(fù)極反應(yīng)：6C+xLi+xe-=LixC6 （2- 2） 電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6 （2- 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 5 3） 圖 2-2 鋰離子電池原理結(jié)構(gòu) 聚合物鋰離子電池的原理與液態(tài)鋰相同，主要區(qū)別是電解液與液態(tài)鋰不同。 電池主要的構(gòu)造包括有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項要素。 圖 2-3 新型鋰離子電池 新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化（ATL 電池最薄可達(dá) 0.5 毫米,相于一張卡片的厚度） 、任意面積化和任意形狀化，大大提高了電池造 型設(shè)計的靈活性，從而可以配合產(chǎn)品需求，做成任何形狀與容量的電池，為應(yīng) 用設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了高度的設(shè)計靈活性和適應(yīng)性，以最大化 地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時，聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子 電池提高了 50%，其容量、充放電特性、安全性、工作溫度范圍、循環(huán)壽命 （超過 500 次）與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。 2.3 聚合物鋰離子電池的正負(fù)極材料 2.3.1 聚合物鋰離子電池的正極材料 鋰離子電池一般選用過渡性金屬氧化物為正極材料。一方面過渡金屬存在 混合價態(tài)，電子導(dǎo)電性比較理想，另一方面不易發(fā)生歧化反應(yīng)。理論上具有層 狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)的材料，都能做鋰離子電池的正極材料，但由于制備工藝 上存在困難，目前所用的正極材料仍然是鉆、鎳、錳的氧化物，常見的正極材 料有：氧化鉆鋰(1ithiumcobaltoxide)、氧化鎳鋰(1ithiumnickeloxide)、氧化錳鋰 (1ithiummanganeseoxide)和釩的氧化物(vanadiumoxide)6。另外還出現(xiàn)了一些 新型的正極材料，如LiFePO4正極材料和導(dǎo)電聚合物正極料。 2.3.2 聚合物鋰離子電池的負(fù)極材料 作為鋰二次電池的負(fù)極材料，首先是金屬鋰，隨后才是合金。但是，它們 無法解決鋰離子電池的安全性，這才誕生了以碳材料為負(fù)極的鋰離子電池。聚 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 6 合物鋰離子電池的負(fù)極材料與鋰離子電池基本上相同。自鋰離子電池的商品化 以來，研究的負(fù)極材料有以下幾種：石墨化碳材料、無定形碳材料、氧化物、 硅基材料、錫基材料、新型合金和其他材料。 對于實際應(yīng)用負(fù)極材料而言，要考慮的因素比較多，除了可逆容量、不可 逆容量和循環(huán)性能外，還應(yīng)該包括負(fù)極材料與集流體的粘結(jié)性、制成負(fù)極極片 的壓實密度、體積容量密度、質(zhì)量容量密度等，而后面這些因素往往是從事負(fù) 極材料研究的人員所忽略的。當(dāng)然，負(fù)極材料的導(dǎo)電性、比表面積也是要考慮 的因素。 2.4 聚合物鋰離子電池的特點 在鋰離子電池基礎(chǔ)上誕生的聚合物鋰離子電池，除了擁有鋰離子電池的特 點外，還具有一下特點： (1)塑型靈活性，可以制成各種形態(tài)的電池； (2)完美的安全可靠性，不易燃燒； (3)更長的循環(huán)壽命，容量損失少； (4)體積利用率高，比液態(tài)鋰離子電池要高 10%20%； (5)不需要串聯(lián)就可以做成大電池； (6)不需要用傳統(tǒng)的隔膜材料； (7)更易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)； (8)應(yīng)用領(lǐng)域更廣； (9)在全固態(tài)聚合物鋰離子電池中，采用金屬鋰作為負(fù)極材料將有可能成為 可能。 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 7 第三章 聚合物鋰離子電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 電池工業(yè)是新能源領(lǐng)域的重要組成部分，是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個新熱點， 2006 年，美國十大科技計劃中有兩項為電池項目，聚合物鋰離子電池行業(yè)銷售 總額的三分之一，與電力、交通、信息等產(chǎn)業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，在運輸工具和大 型不間斷供電電源系統(tǒng)中處于控制地位，是社會生產(chǎn)經(jīng)營活動和人類生活中不 可或缺的產(chǎn)品。聚合物鋰離子電池產(chǎn)業(yè)是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景 的新型綠色能源體系，同時關(guān)系到國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實現(xiàn)。 近年來，聚合物鋰離子電池技術(shù)不斷發(fā)展，產(chǎn)品日臻成熟。起動電池結(jié)構(gòu) 逐步優(yōu)化升級，為我國成為世界主要汽車生產(chǎn)國起到重要支撐作用。電池作為 備用電源、大型儲備電源的核心部件，其生產(chǎn)已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的基 礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。聚合物鋰離子電池行業(yè)大有可為。 3.1 聚合物鋰離子電池 正確使用 (1)注意事項 1、避免在嚴(yán)酷條件下使用，如：高溫、高濕度、夏日陽光下長時間暴曬等，避 免將電池投入火中； 2、拆電池時，應(yīng)確保用電器具處于電源關(guān)閉狀態(tài)；使用溫度應(yīng)保持在2050 之間； 3、避免將電池長時間 “存放”在停止使用的用電器具中； (2)鋰離子電池的使用 1、如何為新電池充電 , 在使用鋰電池中應(yīng)注意的是，電池放置一段時間后則進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時容量低 于正常值，使用時間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活，只要經(jīng)過 35次正常的充 放電循環(huán)就可激活電池，恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性，決定了它幾乎沒有 記憶效應(yīng)。因此用戶手機(jī)中的新鋰電池在激活過程中，是不需要特別的方法和設(shè)備的。 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 8 對于鋰電池的 “激活”問題，眾多的說法是：充電時間一定要超過 12小時，反復(fù) 做三次，以便激活電池。這種 “前三次充電要充12小時以上”的說法，明顯是從鎳 電 池（如鎳鎘和鎳氫）延續(xù)下來的說法。 所以這種說法，可以說一開始就是誤傳。 鋰電 池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別，而且可以非常明確的告訴大家，我所查閱 過的所有嚴(yán)肅的正式技術(shù)資料都強(qiáng)調(diào)過充和過放電會對鋰電池、特別是液體鋰離子電 池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標(biāo)準(zhǔn)時間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電，特別是不要進(jìn)行超 過12 個小時的超長充電（充電器顯示充滿即可）。 此外，鋰電池或充電器在電池充滿后都會自動停充，并不存在鎳電充電器所謂的 持續(xù)10 幾小時的“涓流”充電。也就是說，如果你的鋰電池在充滿后，放在充電器上 也是白充。而我們誰都無法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬無 一失，所以你的電池將長期處在危險的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一 個理 由。 此外，不可忽視的另外一個方面就是鋰電池同樣也不適合過放電，過放電對鋰電 池同樣也很不利。 2、正常使用中應(yīng)該何時開始充電 經(jīng)常可以見到這種說法，因為充放電的次數(shù)是有限的，所以應(yīng)該將手機(jī)電池的電 盡可能用光再充電，其實鋰電池的壽命與這無關(guān)。下面可以舉例一個關(guān)于鋰離子電池 充放電循環(huán)的實驗表，關(guān)于循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)列出如下： 循環(huán)壽命 (10%DOD)1000次 循環(huán)壽命 (100%DOD)200次 個人建議手機(jī)鋰離子電池不要充得太滿也不要用到?jīng)]電，電池沒用完電就充電， 不會對電池造成傷害，充電以 23小時以內(nèi)為宜，不一定非要充滿。但應(yīng)該 每隔 34 個月左右，對鋰電池進(jìn)行12次完全的充滿電（正常充電時間）和放完 電。 長期不用的鋰離子電池，應(yīng)該存放在陰涼偏干燥的地方，以半電狀態(tài)（滿電電量 的7080%，假如你的手機(jī)滿電時顯示 4格，那么3格即可）最好，滿電存放 有危 險且電池會有損害，無電存放電池會被破壞。每隔 36個月，檢查一次是否要 補充 電。 鋰離子電池按電解液分可以分成液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池，聚合物 鋰離子電池的電解液是膠體，不會流動，所以不存在泄漏問題，更加安全。 3.2 聚合物鋰離子電池產(chǎn)業(yè)環(huán)?，F(xiàn)狀及存在的問題 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 9 經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，我國聚合物鋰離子電池行業(yè)已基本形成體系并呈 快速發(fā)展趨勢，環(huán)保問題也取得了突破性進(jìn)展，目前，各大、中型聚合物鋰離 子電池廠家不斷加大技術(shù)改造力度，更新工藝設(shè)備，從技術(shù)上消除或減少污染 物對環(huán)境的影響，生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境不斷改善，多數(shù)大、中型生產(chǎn)企業(yè)做到了清潔 生產(chǎn)，有一部分通過了國家環(huán)境體系認(rèn)證。 但是，由于以下幾個原因，鋰離子電池生產(chǎn)過程的污染問題沒有得到很好 解決，特別是數(shù)量眾多的部分中型及小型企業(yè)生產(chǎn)過程的污染問題嚴(yán)重：生產(chǎn) 廠家繁多、規(guī)模小，污染較嚴(yán)重、品質(zhì)參差不齊，一些不具備環(huán)保條件的作坊 式工廠一哄而上，約四分之一的企業(yè)未經(jīng)環(huán)保審批擅自選址建設(shè)，污染防治設(shè) 施不配套，生產(chǎn)沒有在嚴(yán)格的環(huán)保措施和工業(yè)安全衛(wèi)生條件下進(jìn)行，對操作者 和生態(tài)環(huán)境造成了危害。生產(chǎn)許可證制度沒有嚴(yán)把清潔生產(chǎn)、環(huán)保設(shè)施達(dá)標(biāo)這 一關(guān)口。雖然我國自 2005 年實行了生產(chǎn)許可證制度，但由于在審批和執(zhí)行中存 在一些問題，并沒有真正促使生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，許多不達(dá)標(biāo)廠家都轉(zhuǎn)為 合法化（目前發(fā)證企業(yè)已達(dá) 930 家） ，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。與環(huán)保相關(guān)的法 律還存在許多不完善和不盡如人意的地方。針對污染企業(yè),環(huán)保等部門罰款數(shù)額 是有限的，無法與企業(yè)污染造成的社會損失相提并論。另外，國家沒有指定保 護(hù)大、中型蓄電池廠家的政策，且當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門也屬于對小型蓄電池廠家的管 理，只重視對大中型企業(yè)的監(jiān)管，致使大中型企業(yè)排污費、監(jiān)測費、 “三同時”評 價費等等負(fù)擔(dān)沉重。 3.3 解決環(huán)保問題的關(guān)鍵舉措是全面實施電池回收政策 我國正在積極推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)，廢舊蓄電池的 90%可以回收利用，但是我國 產(chǎn)業(yè)政策沒有給廢舊電池回收一個良好的發(fā)展空間，致使其成為長期困擾我國 蓄電池發(fā)展的瓶頸。我國沒有一部廢舊聚合物鋰離子電池回收管理的法定規(guī)范， 全國未建立一家專業(yè)性廢舊聚合物鋰離子電池回收公司，無一家專業(yè)再生鉛企 業(yè)或蓄電池企業(yè)建立了全國性回收網(wǎng)絡(luò)和地區(qū)性回收網(wǎng)絡(luò)，整個回收工作處于 分散經(jīng)營的無序狀態(tài)，廢聚合物鋰離子電池的回收率不高。鉛回收的問題出現(xiàn) 在不規(guī)范企業(yè)之中，整頓與加強(qiáng)管理勢在必行，國家有關(guān)部門應(yīng)盡快出臺政策， 像取締小煤窯、小冶煉一樣，取締小的廢舊鉛回收企業(yè)。同時出臺政策鼓勵、 扶持大型蓄電池生產(chǎn)廠家進(jìn)行廢舊電池回收利用。制約我國再生鉛行業(yè)發(fā)展因 素主要有：第一，環(huán)保設(shè)備成本負(fù)擔(dān)重。企業(yè)技術(shù)先進(jìn)、環(huán)保設(shè)備齊全的企業(yè) 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 10 經(jīng)營效益敵不過技術(shù)落后、污染嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)“小煉鉛”。第二，監(jiān)管力度不夠。 沒有經(jīng)營許可證也在進(jìn)行再生鉛生產(chǎn)，治理整頓治標(biāo)不治本，一度關(guān)閉的“小煉 鉛”風(fēng)聲一過，死灰復(fù)燃。第三，產(chǎn)業(yè)政策不利于正規(guī)企業(yè)的發(fā)展。賦稅過重也 削弱了大型企業(yè)加大環(huán)保治理的能力。 3.4 我國對聚合物鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展設(shè)想 (1)鼓勵企業(yè)做大做強(qiáng)，提高產(chǎn)業(yè)集中度 提升產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)，積極應(yīng)對各種市場風(fēng)險，通過設(shè)備、人才、技術(shù)的有 效整合，減少浪費，形成結(jié)構(gòu)優(yōu)化的產(chǎn)品些列，加大環(huán)保投資力度，有效解決 生產(chǎn)過程污染問題，進(jìn)一步提高骨干企業(yè)綜合實力，實現(xiàn)規(guī)?；?、集團(tuán)化發(fā)展。 (2)聚合物鋰離子電池發(fā)展重點 雖然聚合物鋰離子電池技術(shù)在不斷進(jìn)步，但其比功率、循環(huán)壽命等問題仍 是產(chǎn)業(yè)重點研究的課題。因此，加強(qiáng)研發(fā)力量，努力提高科研水平、增強(qiáng)競爭 力是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。通過協(xié)會的橋梁與紐帶作用，大力為企業(yè)創(chuàng)造溝通 與交流的平臺，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)的研發(fā)能力。 (3)加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，規(guī)范回收與再生市場 增加新型產(chǎn)品比重，發(fā)展無害化和資源節(jié)約型產(chǎn)品。加快聚合物鋰離子電 池企業(yè)的技術(shù)改造，采用先進(jìn)的工藝設(shè)備，有效控制生產(chǎn)過程的環(huán)境污染問題， 實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。規(guī)范鉛蓄電池回收與再生市場,減少廢棄鉛蓄電池對環(huán)境的污染， 向無害化和資源節(jié)約型方向發(fā)展。 (4)拓展、規(guī)范出口市場，規(guī)避貿(mào)易摩擦 認(rèn)真研究國際市場需求，對出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，減少價格競爭性 產(chǎn)品的出口，開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域和市場。以低價占領(lǐng)市場份額，只會對我國聚 合物鋰離子電池出口造成致命性的打擊。同時，可能遭受國外反傾銷訴訟，導(dǎo) 致產(chǎn)品被加征高額反傾銷稅，失去自我提高價格的權(quán)利。因此，應(yīng)發(fā)揮協(xié)會在 規(guī)范對外貿(mào)易秩序及產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的協(xié)調(diào)作用，保護(hù)企業(yè)的合法權(quán)益，建立規(guī)范 的競爭秩序，防止不正當(dāng)?shù)蛢r出口行為。同時研究目標(biāo)市場國家的相關(guān)政策， 考慮在海外建立制造基地。 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 11 第四章 聚合物鋰離子電池的應(yīng)用 4.1 電子產(chǎn)品 應(yīng)用的電子產(chǎn)品 可以用 3C 來概括，及通訊、便攜式計算機(jī)和消費電子產(chǎn)品， 包括手機(jī)、筆記本電腦、MP3、MP4、電子翻譯機(jī)、微型攝像機(jī)、IC 卡等。自 聚合物鋰離子電池商品化以來其發(fā)展速度?？傮w而言，隨著電子產(chǎn)品的日益發(fā) 展，聚合物鋰離子電池的需求和生產(chǎn)將不斷增長。例如，我國手機(jī)產(chǎn)量 2004 年 達(dá)到 2.3 億部，2005 年達(dá)到 2.6 億部，2006 年達(dá)到 3.6 億部；其出口也非?？?觀，2003 年出口 0.92 億部，2004 年出口 1.4 億部，2005 年出口 1.6 億部，預(yù)計 2006 年出口 2.5 億部。與此同時，進(jìn)口也在大幅度增加。我國大陸的手機(jī)用戶 截止到 2005 年 1 月底已經(jīng)達(dá)到了 3.987 億戶，手機(jī)普及率達(dá)到了每 100 人 30.3 部，穩(wěn)居全球第一。目前，新型手機(jī)越來越多地采用聚合物鋰離子電池作為電 源。然而，就我國的生產(chǎn)而言，主要還是采用軟包裝鋰離子電池，而不是所謂 的“聚合物理離子電”。 對于筆記本而言每臺筆記本需要 68 個鋰離子電池隨著筆記本市場的不斷 發(fā)展鋰離子電池的需求將達(dá)到 5.4 億只左右，其市場將不斷擴(kuò)大。因此聚合物 鋰離子電池在筆記本方面具有廣闊的市場和商業(yè)價值。對于筆記本而言，目前 主要還是采用液體鋰離子電池，隨著技術(shù)的發(fā)展和筆記本的輕型化，加上聚合 物鋰離子電池的容量要比同樣大小的液體鋰離子電池要高，聚合物鋰離子電池 的使用量將不斷增加。 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 12 目前，許多廠家已經(jīng)開發(fā)出采用聚合物理離子電池作為電源的 MP3 、MP4 以及專用的充電器，這樣一方面降低了使用成本，另一方面延長了電子 產(chǎn)品的使用壽命。 4.2 交通工具 在目前的商品化充電電池中，聚合物鋰離子電池的比能量密度最高，可以 實現(xiàn)充電電池的薄形化。聚合物鋰離子電池與傳統(tǒng)的充放電電池相比具有明顯 的優(yōu)點，因此從其 1995 年誕生以來發(fā)展非常迅速，向多行業(yè)進(jìn)行“滲透”，同時 其利潤也非常可觀。 聚合物鋰離子電池從大小來分，主要分為大容量電池和小型電池。大容量 電池主要用于大型機(jī)械，小型電池則用于常見的電子元件。從電解質(zhì)的形態(tài)來 分，可以分為聚合物鋰離子電池和全固態(tài)聚合物鋰離子電池。 4.2.1現(xiàn)代汽車 現(xiàn)代汽車和傳統(tǒng)汽車的發(fā)展方向明顯有所不同。現(xiàn)代汽車更注重車載電子 系統(tǒng)的功能化、人性化、舒適化，先進(jìn)的電子設(shè)備逐漸成為人們?nèi)找骊P(guān)注的熱 點，電子設(shè)備無疑需要用電，而傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池由于能量密度問題已經(jīng)難以 勝任越來越高的車用電力要求。 世界能源危機(jī)引發(fā)的新一輪金融風(fēng)暴，促使各國紛紛尋求能源安全戰(zhàn)略措 施。以鋰離子電池為動力的純電動汽車已成為國際競爭的熱點。中美首腦于 2009 年 11 月 17 日簽署的聯(lián)合聲明進(jìn)一步推動了鋰電汽車大力發(fā)展。 鋰離子 電池為動力模塊的純電動汽車（以下簡稱鋰電汽車）不僅以電代石油、減少 CO2 氣體排放，又能利用電網(wǎng)低谷電，一舉三得。 很多專家認(rèn)為，鋰電汽車 是我國在激烈的國際競爭中難得的一次歷史機(jī)遇，動力鋰離子電池就如同今天 的石油一樣具有重要戰(zhàn)略意義，是保證我國能源安全的戰(zhàn)略措施，其核心技術(shù) 鏈條-動力鋰電產(chǎn)業(yè)化，將使中國有可能據(jù)此在全球汽車業(yè)第三次技術(shù)革命中 走到世界前列，帶來一場“能源革命”和“產(chǎn)業(yè)革命”。全球各汽車廠家極力 發(fā)展新時代的節(jié)能環(huán)保車，以滿足消費者需求。以“科技潮流新生活”為主 題的第七屆中國(廣州)國際汽車展覽會即倡導(dǎo)技術(shù)安全、節(jié)能環(huán)保的潮流新生 活。 4.2.2 電動自行車 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 13 隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車的擁有量將不斷增加，如果達(dá)到美國的水平， 那么中國的汽油消耗量將相當(dāng)于目前中東產(chǎn)油量的 2 倍。顯然這是不現(xiàn)實的， 應(yīng)依靠其他方法來解決。因此電動自行車是目前的選擇之一，應(yīng)為電動自行車 在行駛時不會產(chǎn)生環(huán)境污染。我國的自行車擁有量很大，如果將電動自行車的 時速限制在 15kg 或 2025kg 以內(nèi)，在行車安全方面不存在問題。因為電動自 行車安裝動力后，可以節(jié)省體力，但仍然是自行車。 采用鉛酸蓄電池作為動力，電池本身就有十幾公斤，甚至二十多公斤。如 果采用鋰離子電池，電池本身則只有 3kg 左右，搬到樓上很方便。這樣電動自 行車輕快、便捷、安全、價廉，受到越來越多的歡迎，且其品牌、規(guī)格、花色 也越來越多，具有廣闊的前景。 4.3 航空航天 在太空中，航天器不可能實時面對太陽。當(dāng)航天器位于陰暗面時，太陽能 電池也就不能正常工作了，需要供電的普通鋰離子電池主要可行性是從性能成 本進(jìn)行考慮，用于航天領(lǐng)域的鋰離子電池必須有可靠性高、低溫性能好、超長 的循環(huán)壽命能量密度高和體積小。 由于鋰離子電池具有很大的優(yōu)越性，因此，目前以用于火箭著陸器和火星 漫游器由于聚合物鋰離子電池具有更多的優(yōu)越性，因此在系列探測中可能采用 聚合物鋰離子電池。一些大型的聚合物鋰離子電池正在研究，將用于空間返航 探索。目前研究表明聚合物鋰離子電池可以在失重的真空條件下具有良好的循 環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)壽命超過 4000 次，相當(dāng)于約 8 個月的低軌道衛(wèi)星運作時間。 圖4-1 人造衛(wèi)星 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 14 目前的研究表明，聚合物鋰離子電池不僅可以滿足低軌道和地球同步軌道 衛(wèi)星的耐輻射要求，還可以滿足震動更要求，完全可以作為衛(wèi)星的動力源。 4.4 軍事 對于目前部隊而言，廣泛的使用密封鎘鎳電池。但是由于 Cd 的毒性和能 量密度限制，將逐步采用聚合物鋰離子電池進(jìn)行代替。另外，金屬鋰聚合物鋰 離子電池已經(jīng)用于軍事通訊中，因為其工作溫度范圍寬（-4065） 。 對于部隊而言，不能僅僅依靠小、薄的商用電池作為動力，特別是前線部 隊，由于能利用的交通工具有限，主要依靠攜帶的能源和電池作為動力，這樣 能量密度的高低將是前線部隊作戰(zhàn)力的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。 4.5 其它 其他方面 的應(yīng)用包括醫(yī)療、電力儲存、手表、地下采油等。 4.5.1 醫(yī)療 在醫(yī)療方面應(yīng)用電池的領(lǐng)域比較多，這些領(lǐng)域均有可能采用聚合物鋰離子 電池。由于聚合物鋰離子電池的誕生相對于其它充電電池而言比較晚，因此在 這方面的應(yīng)用開發(fā)相對較晚。有關(guān)采用聚合物鋰離子電池作為動力的大型醫(yī)療 裝置如電動輪椅等，在這里不再進(jìn)行敘述。 4.5.2 電力儲存系統(tǒng) 電力儲存系統(tǒng)主要包括動力負(fù)荷調(diào)節(jié)和應(yīng)急儲備電源。 動力負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要用來調(diào)節(jié)電力供應(yīng)，起到抑峰填谷的作用。當(dāng)電力 供應(yīng)處于高峰期，電力供應(yīng)不足，此時電池放電，將儲存的能量釋放出來；當(dāng) 電力需求處于低谷時，電池充電，儲存能量。 應(yīng)急儲備電源主要用于醫(yī)院、地鐵、通訊等重大公共設(shè)施，以防止以外事 故發(fā)生時能夠提供照明、通訊、通風(fēng)，確保人員和系統(tǒng)的安全。 4.5.3 其它方面 其它方面的應(yīng)用目前包括手表和地下采油。 一般手表使用原電池為動力，但是由于地球環(huán)境的惡化，人們越來越傾向 于綠色能源，因此產(chǎn)生了以太陽能為動力的手表。但是晚上不可能有充足的陽 光。為了儲存能量，也就需要采用蓄電池。聚合物鋰離子電池因其重量輕、能 量密度大及不會發(fā)生電解液的泄露而作為優(yōu)良的后選者。 地下采油的溫度高，而一般的電池是不可能做到的。如果采用聚合物電解 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 15 質(zhì)生產(chǎn)的全固態(tài)鋰離子電池，在較高的溫度下，聚合物的電導(dǎo)率提高，從而可 有效地提供電力。這可能是將來待開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域之一。 結(jié) 論 近年來聚合物鋰離子電池中的研究和開發(fā)應(yīng)用，在國際上相當(dāng)活躍，并已 取得很大進(jìn)展。充放電過程中結(jié)構(gòu)不發(fā)生不可逆變化是獲得比容量高，循環(huán)壽 命長的鋰離子電池的關(guān)鍵。然而，對嵌鋰材料的結(jié)構(gòu)與性能的研究仍是該領(lǐng)域 目前最薄弱的環(huán)節(jié)。鋰離子電池的研究是一類不斷更新的電池體系，物理學(xué)和 化學(xué)的很多新的研究成果會對鋰離子電池產(chǎn)生重大影響，比如納米固體電極， 有可能使鋰離子電池有更高的能量密度和功率密度，從而大大增加鋰離子電池 的應(yīng)用范圍。總之，鋰離子電池的研究是一個涉及化學(xué)、物理、材料、能源、 電子學(xué)等眾多學(xué)科的交叉領(lǐng)域。目前該領(lǐng)域的進(jìn)展已引起化學(xué)電源界和產(chǎn)業(yè)界 的極大興趣?？梢灶A(yù)料，隨著電極材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究的深入，從分子水 平上設(shè)計出來的各種規(guī)整結(jié)構(gòu)或摻雜復(fù)合結(jié)構(gòu)的正負(fù)極材料將有力地推動鋰離 子電池的研究和應(yīng)用。鋰離子電池將會是繼鎳鎘、鎳氫電池之后，在今后相當(dāng) 長一段時間內(nèi)，市場前景最好、發(fā)展最快的一種二次電池。 德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計 16 參考文獻(xiàn) 1 Larcher, D. et al. Effect of particle size on lithium intercalation into -Fe2O3 J. Electrochem. Soc. (2003).150, A133-139. 2 鋰離子電池正極材料 LiMn2O4研究現(xiàn)狀，稀有金屬快報(2005). 3 Dong, W, et al. Electrochemical properties of high surface area vanadium oxides aerogels. Electrochem. Solid State Lett.(2005). 3, 457-459. 4 Robertson, A. D. et al. Layered LixMnyCo1-yO2 intercalation electrodes: in uence of ion exchange on capacity and structure upon cycling. Chem. Mater (2001). 13, 2380-2386. 5Kang, S. H. et al. Effect of ball-milling Chem. Mater. (2001).13, 1758-1764. 6 Huang, H., Yin, S.-C. & Nazar, L. F. Approaching theoretical capacity of LiFePO4 at room temperature and high rates. Electrochem. (2001). A170-172. 聚合物鋰離子電池的研究現(xiàn)狀 17 致 謝 本論文是在導(dǎo)師王相文老師的悉心指導(dǎo)下完成的。值此論文完成之際，謹(jǐn) 向?qū)熤乱杂芍缘母兄x和崇高的敬意。同時還要感謝和承英老師、張水生老師 等其他老師的關(guān)懷和指。 謹(jǐn)向我的父母和家人表示誠摯的謝意。他們是我生命中永遠(yuǎn)的依靠和支持， 他們無微不至的關(guān)懷，是我前進(jìn)的動力；他們的殷殷希望，激發(fā)我不斷前行。 讓我依依不舍的還有各位學(xué)友、同窗和室友。在我需要幫助的時候，大家伸出 溫暖的雙手，鼎立相助。能和大家相遇、相交、相知是我人生的一大幸事。 在此我在此有種的表示感謝，請接收我誠摯的謝意和真誠的祝福。 謝謝！