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1、稀土锂电池调研报告,毛永军,主要内容,1、稀土锂电池原理2、稀土锂电池与传统电池性能比较3、国内外有关稀土锂电池的专利申请4、稀土锂电池研发强力单位(TOP10)5、稀土锂电池生产强力单位(TOP10),稀土锂电池原理,传统锂电池锂是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。但由于锂金属的化学性质活泼，使其加工、保存、使用时对环境要求严格。因此其应用用受到极大限制。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂，只有锂离子，因此称为锂离子电池，简称锂电池。,锂电池的正极材料通常是有锂的活性化合物组成，负极是具有特殊分子结构的碳。
2、充电时，加在电极两侧的电势迫使正极的化合物释放出锂离子，嵌入负极分子排列呈片状结构的碳中。放电时，锂离子从层片状谈结构中析出，重新和正极的化合物结合，电子在外电路流过，产生电流。原理图如下：,Li+6C+e LiC6 LiMO2 MO2+Li+e,锂电池的发展主要是由于正极材料的更新。正极材料由最初的金属锂到LiCoO2，而现在最有可能替代LiCoO2的LiMn2O4。然而当前最具有发展潜力的是稀土锂电池。所谓稀土锂电池就是在原锂电池正极材料中参杂稀土元素，如参杂在LiCoO2中可以形成LiCoReO2化合物。参杂的稀土元素不改变原材料的晶体结构，只改变其晶格常数C。,由于稀土原子半径较大，会
3、使C增加，即意味着层间距变大，那么也就具有更快的Li+嵌入和迁出能力，更优异的充放电稳定性。另外，稀土的加入，会使结晶更完整，颗粒更均匀。Li+迁出后，夹层之间的静电斥力增加，因此提高O-Co-O层的极化力有利于层结构的稳定。徐光宪认为阳离子对阴离子的极化能力和电荷的平方成正比，半径成反比。因此选择电荷高、离子半径小、极化能力强的离子能提高正极材料的电化学性能。,稀土金属电荷比较高，由于具有d层或f层电子，其极化率也很强。但相比只有铈的电荷半径比较大。这也是稀土元素得到广泛应用的原因之一。下图是部分稀土元素的物理性质。,锂电池性能优点：,1、比能量高，开发潜力大。具有高储存能量密度，目前已达到
4、460-600Wh/kg。2、使用寿命长，平均寿命可达到6年以上。3、自放电率很低。目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20。4、绿色环保。不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。5、工作温度范围宽，可以在-20-60的环境下使用。,6、额定电压高（单体工作电压为3.7V），约等于3只镍镉充电电池的串联电压。7、无记忆效应。记忆效应是电池电未用完充电时容量下降。传统电池记忆效应很严重。,稀土锂电池相对于一般锂电池又具有如下优点：,由于稀土元素的加入，充电稳定性提高。同时保证了材料的结构稳定性,改善和提高了循环性能。稀土元素在扩充了锂离子迁移的三维通道，有效提高了材料的电化学循
5、环可逆性，延长了电池寿命。,稀土锂电池国内外专利对比,近三十年来中国公开发表的专利：,国外近三十年来公开发表专利的数量变化：,近三十年来，中国公开发表专利总共有七项，到目前为止有效专利只有三项。在这期间，国外发表的有关稀土锂电池的专利有101项，其中美国有40项，日本有55项，世界专利有5项。从上表可以看出，各个国家都在加强对稀土锂电池的研究。中国虽然在进步，但和日本与美国仍有很大差距；很多主要专利被日本和美国垄断。,稀土锂电池研发强力单位,各单位申请专利数量的对比,通过分析各个研发机构申请专利的数量，来比较其研发能力。下面是研发能力较强的单位：1、SUMITOMO OSAKA CEMENT
6、CO LTD2、Suwon-si,KR3、Semiconductor Energy Laboratory Co.Ltd4、NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL&5、SANTOKU CORP,6、TECHNOLOGY7、HITACHI LTD8、Samsung Sdi Co Ltd 9、Automotive Technologies International Inc10、Matsushita Electric Industrial Co Ltd,全球稀土锂电池生产强力公司：,日本：三洋电机 索尼公司 松下公司韩国：三星SDI公司 LG化学公司,澳大利亚：A123systems 公司中国：BYD公司以及Duracell公司英国：AGM Batteries Ltd 公司美国：GlobTek,Inc公司,注释：由于时间匆忙，以及收索信息的能力不足，得到的数据可能有一定的出入。另外，有些数据是通过浏览某些网页得到，依据性不是很强。在今后的学习当中会加倍努力。这次不足之处，还望老师谅解！,
