关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   电化学性能  

摘要： 随着移动电子设备的迅速发展,要求电池具有高比容量,这就促进了锂电池和锂离子电池的迅速发展。相对负极而言,作为锂离子电池锂源的正极材料研究较为滞后,成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的关键因素。而目前研究最多的几种正极材料LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等均存在着不同的缺点而难以满足动力电池的需要。 橄榄石结构LiFePO4材料具有对环境友善、资源丰富、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂的电导率低,高倍率充放电性能较差和批次稳定性较差是限制其商业化的瓶颈。本论文以制备高电导率,高倍率充放电性能和批次稳定的磷酸铁锂为主要目的,对LiFePO4材料的合成条件、形貌、金属掺杂、碳包覆、电性能等展开了深入系统的研究。 本课题首次采用草酸铁作为铁源,以磷酸和氢氧化锂作为磷源和锂源,采用液相共结晶+机械合金化+高温烧结合成制备得到锂离子电池正极材料LiFePO4。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能量分散谱仪、热重分析和电化学性能测试等方法对磷酸铁锂材料的物相结构、表面形貌、含碳量以及电性能进行分析研究。讨论了不同的烧结温度、不同的烧结时间、不同分散剂添加量和机械合金化对材料形貌的影响。实验确定的最佳合成工艺为:锂铁比为1:1,碳在前驱体中包覆量为3.2wt%,预烧结温度为350℃,烧结时间为5h,高能球磨料球比为1:50,转速580r/min,球磨时间3h,高温烧结温度为650℃,合成时间为8h,合成过程在惰性气氛下完成。 在上述工艺条件下合成的LiFePO4材料,结晶性能良好、物相较纯,一次粒径在50～100nm之间,比表面积为28.9m2/g,一次颗粒球型度好,粒径分布均匀。 以Mn、Ti、Mg为掺杂元素,按照摩尔比制得成品为Li0.99Mg0.01Fe0.99Mn0.006 Ti0.004PO4,在2.5～4.2V、0.1C倍率下的首次放电比容量为133.2mAh/g;1C倍率下的首次放电比容量为102.2mAh/g,循环50次容量保持率为99%。

关键词： 电动汽车   LiFePO4动力电池   系统集成   电池管理系统  

摘要： 随着石油资源的日益短缺以及排放污染的渐趋严重，电动汽车的发展正受到愈来愈广泛的关注。动力电池技术是电动汽车的关键技术之一，同时也是制约电动汽车产业化发展的瓶颈技术之一。主要体现在动力电池技术当前的发展不能充分满足电动汽车对动力电池系统的高密度低成本、高性能长寿命、高安全可靠性的要求。为满足这些车载使用要求，一方面需要加快动力蓄电池本体技术的进步，另一方面还需要建立一套高效稳定准确的车载电池管理系统。其中，高精度的车载蓄电系统信号处理、稳定可靠的强电安全诊断方法、高动态精度的蓄电系统关键参数在线辨识模型和准确可靠的车载蓄电故障诊断系统以及热管理系统，是电池管理系统能否适应车载使用要求的核心关键问题。 本文根据国家973计划课题的相关研究内容，进行电动汽车动力电池系统集成及管理系统研究设计。基于大量的电池单体和电池组实验，建立了强大的电池性能数据库，为故障诊断、管理系统软件设计和标定等提供了依据；研究了电池组系统集成的关键技术，基于3D软件设计开发，节省成本；建立了实时准确可靠的电池采样系统、均衡系统；对比建立了基于电池等效电路模型及其参数辨识系统，并基于此提出了一种综合开路电压法、安时积分法和模型预测法的SOC联合估计算法，同时对电池的SOH和最大充放电功率的预测提出了研究模型并进行了仿真计算；分析了锂离子电池的生热机理，建立了电池的热模型，并基于Matlab/Simulink和Ansys软件进行热仿真，为电池系统的性能优化，提供了良好的理论支持。 基于以上研究并结合上海世博会电动样车项目，本课题研制开发了一套功能齐全的BMS，该系统实现了对动力蓄电池性能参数的精确检测，包括模块电压、总电压、电流、温度、SOC、运行时间、蓄电池工作状况(上电、警告、错误、危险等)、蓄电池最大允许充电电流、最大允许放电电流等，具有丰富全面的故障诊断功能，当蓄电池出现异常情况时，该系统能及时可靠地发出故障信号，具有热量管理控制功能、稳定的抗干扰能力、多功能的监视界面以及全面迅速的通讯功能。 文章的最后用大量的实验数据论证了该电池管理系统的可行性与有效性，并在硬件和软件上得以实现。

关键词： 磷酸铁锂   固相合成   碳包覆   掺杂  

摘要： 橄榄石晶型的LiFePO4正极材料已逐渐成为国内外新的研究热点。研究表明,该新型正极材料理论容量大(170mAh/g),平台特性好,电压极平稳,高温性能和热稳定性明显优于已知的其它正极材料,无毒,为真正的绿色材料。 固、液结合法合成LiFePO4/C材料,用Li2CO3、H3PO4、Fe2O3、葡萄糖、柠檬酸、蒸馏水为原料。将原料充分研磨均匀、烘干、球磨、焙烧,制得LiFePO4/C材料。用XRD对合成的LiFePO4/C材料进行结构测定,用激光粒度分析仪测定材料粒径。用恒流充放电、循环伏安扫描技术测试材料电化学性能。 实验研究发现,高温固液结合法合成LiFePO4时,加入碳能有效阻止材料颗粒长大,得到粒径细小均匀的材料。加入碳的作用有:①作为还原剂将Fe3+还原为Fe2+;②包覆在LiFePO4颗粒表面提高材料导电性;③控制高温固相合成LiFePO4材料的颗粒粒径。分别加入了葡萄糖、蔗糖、乳糖、乙炔黑作为碳添加剂合成LiFePO4/C材料,结果显示加入葡萄糖、乳糖效果较好,室温0.2C恒流放电比容量都在139.8mAh/g以上,乙炔黑效果较差,只有93.44mAh/g。 高温固相法合成LiFePO4/C材料,实验考察了焙烧温度、焙烧时间对材料性能的影响。分别在500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃下焙烧8小时制得材料,测试结果显示:室温、0.2C恒流放电,500℃、550℃制备的材料没有容量,600℃制备的材料比容量为20mAh/g,650℃、700℃制备的材料比容量为140mAh/g左右,750℃、800℃制备的材料比容量分别为120mAh/g、80mAh/g。实验表明,700℃合成的LiFePO4/C材料电化学性能最好。700℃分别焙烧2、4、6、8、12、16小时合成LiFePO4/C材料。实验表明,焙烧8h合成的LiFePO4/C材料电化学性能最好。 高温固相法合成LiFePO4/C材料,实验考察了掺杂1%MgCO3、CrO3、(NH4)6Mo7O24·4H2O对合成的LiFePO4/C材料电化学性能的影响。实验表明,掺杂1%CrO3合成的LiFePO4/C材料电化学性能最好,0.2C恒流放电比容量是145 mAh/g,同时提高了材料高倍率充放电性能和循环稳定性。

关键词： 上海光源   材料科学   能源科学   同步辐射光源   燃料电池催化剂   磷酸铁锂   聚合物电解质燃料电池   燃料电池车   光子通量   衍射线   高光通量   锂离子电池   锂离子二次电池   锂电池   太阳能电池   光生伏打电池   NiO   电极材料   正极材料  

摘要： 材料在日常生活中无处不在,一般包括金属、陶瓷、高分子材料(比如塑料)、半导体以及复合材料等,是人类赖以生存和发展的物质基础。材料往往由于其独特的微观结构,而导致外在宏观性能的大幅度提高。比如说,使电灯发光的钨丝、人类信

关键词： 电动车产业   影碟机   磷酸铁锂   包覆碳   正极材料   生产成本   技术   零部件   锂电池   导电性   专利   增强   涂碳   核心   公司   表面  

摘要： 电动车产业一个关键的专利瓶颈是磷酸铁锂包覆碳技术.作为电动车核心零部件的锂电池,约占其生产成本70%的正极材料磷酸铁锂需要在表面涂碳以增强导电性.而包覆碳技术掌握在国外公司手中.

关键词： 新材料产业   产业发展   地方政府   磷酸铁锂   新兴产业   市场前景   新材料技术   技术成果   对接   大力发展  

摘要： 作者系赛迪顾问开发区咨询中心总经理，长期致力于园区规划、产业规划等研究领域文／龚发金 新材料作为重要的战略性新兴产业之一，在未来一段时间内必将是各地政府要大力发展的产业。地方政府也将从财政支持、土地供应、职工住房、税收奖励等多方面扶持新材料产业的发展，新材料产业发展迎来空前机遇。但通过对多家新材料企业的调研发现，能否实现技术与市场的全面对接，将及有可能是新材料产业下一步是否能够实现真正腾飞的关键所在。新材料产业科研硕果累累，但却逐渐陷入核心技术专利缺失的怪圈 无论从论文数量上，还是专利中请量上看，我国材料科学科研水平近年来都取得了长足进步。据2009年中国科技论文统计结果显示，1999～2009年（截止2009年8月）我国科技人员共发表沦文64 97万篇，排在世界第五位；论文共被引用340万次，排名世界第九，比上一年统计提升了一位，平均每篇论文被引用5 2次，比上一年统计的4.6次略有提高。其中单学科表现最好的正是材料科学，我国材料学科产出的论文占世界材料科学领域论文的1 7.40%，仅次于美国位列第二，被引用次数排在世界第三位。此外，从2004年1月1日至2009年6月30日，我国材料专利领域约申请了69万件专利，居全世界第三位，仅次于日本和美国。而从2008年开始，中国在材料专利领域申请的专利数量就已经占到了世界第一。 但是，令人遗憾的是，与材料学科硕果累累的科研水平相对应，目前我国新材料产业发展已经逐渐陷入国外跨国公司的专利封锁。 以先进电池材料为例，磷酸铁锂材料作为锂电池正极材料行业的最前沿技术，具有无污染、安全性能好、放电容量大、寿命长等优点，被认为是下一代动力电池的关键材料。日前，由国家工信部牵头制定的《节能与新能源汽车发展规划（2011年至2020年）》明确指出，到2020年，新能源汽车保有量达到500万辆；以混合动力汽车为代表的节能汽车销量达到世界第一，年产销量达到1500万辆。而新能源汽车、混合动力汽车和节能汽车所使用的动力电池材料很可能正是磷酸铁锂材料。因此，未来磷酸铁锂的市场前景将十分广大。 然而，就是这样一项关系到我国未来多个支柱行业的新材料技术，目前海外专利已经被国外公司掌控。拥有专利的美国德克萨斯大学和两家加拿大公司在与美国高博、威能等公司进行旷日持久、耗资巨大的诉讼与谈判后达成了和解，相互进行了交叉授权，共同控制了磷酸铁锂世界市场。尽管德州大学目前没有在中国申请磷酸铁锂的专利，但是也限制了中国产品的海外市场。 此外，磷酸铁锂作为正极材料，还面临着包碳技术的专利。拥有的这一技术的加拿大公司，2008年在中国成功申请了专利。现在数十家中国电池企业正在联合起诉，试图使该公司在国内申请的这项专利无效。但如果起诉失败，中国的磷酸铁锂电池企业将面临巨额的专利费。为何一方面是科研水平不断提升，另一方面又是重大专利受制于人？技术研发与成果市场化之间的空缺正是造成这一现象的重要原因 以中南大学为例，作为国内新材料技术研发和成果转化的领军者，中南大学从2000年开始大力鼓励科研人员以技术成果等无形资产作价入股，取得了极大的成就，截止目前已经吸引了近10亿元资金、资产投入，孵化出70多家高成长的学科性公司，使得一大批科研成果成功走向市场。但是，中南大学的产学研体系仍然面临很多迫在眉睫、急需解决的问题，其中，项目中试平台的缺乏正是其中之——。 据中南大学材料学院博士生导师段学臣教授讲述，他原来主要是做纳米材料和陶瓷材料，是国内研究纳米材料比较早的专家之一。段教授通过申请十五的863项目， “纳米金属复合氧化物导电浆料的研究”，成功研发出了用于生产液晶显示器的ITO材料。但是从2005年段教授主持发起研发开始，到目前研究的技术成果仍然迟迟无法投产，主要原因就是由于中试环节一直缺乏平台支持。段教授讲，中南大学还有很多前沿技术和优质成果，都没有形成产业化，究其原因都是缺乏进行中间试验的平台。 而中间试验平台如何成为新材料技术成果转化的拦路虎？一般而言，项目技术的中间试验环节，需要200～300平方米的空间和200万的设备，这是一笔不小的开支。通过中试环节，技术人员将解决产品和市场之间的矛盾，找到它们的契合点，从而实现产品与市场的迅速对接。缺乏中试平台的问题，现在仅靠学校或者社会私募、风投基金很难解决。目前，中南学校已经给予每一个学院一个巾试平台，但是一般只支持新材料某特定重大领域的项目，比如金属合金领域等，难以满足学院众多技术研发成果的需求。而社会上的私募和风投资金，也不愿意投资于处于中试环节的技术。它们往往只重视已经完成了中间试验，马上就能投向市场、获取利润的技术和项目。如何破解新材料产业发展困局，实现新材料技术研发与成果转化的有机融合 首先，要增强政府在产学研合作创新机制中的作用。传统产学研突出强调通过产学研合作实现科技成

关键词： 三氯氢硅   氯硅烷   磷酸铁锂   科技简讯   科技短讯   石膏型   正极材料   锂动力电池  

关键词： 磷酸铁锂   锂离子电池   锰离子掺杂   低温性能  

摘要： 通过Mn掺杂显著提高了LiFePO4/C材料的低温电化学性能.微量Mn掺杂的LiFe0.98Mn0.02PO4/C材料在0℃时以1C放电容量达到其在20℃时放电容量的95%,而LiFePO4/C材料相应只达到85%.LiFe0.98Mn0.02PO4/C材料在–20℃以不同倍率放电时容量分别为124.4mA·h·g–1(0.1C),99.8mA·h·g–1(1C),80.7mA·h·g–1(2C)和70mA·h·g–1(5C);相对于LiFePO4/C材料的120.5mA·h·g–1(0.1C),90.7mA·h·g–1(1C),70.4mA·h·g–1(2C)和52.2mA·h·g–1(5C)有明显提高.循环伏安测试表明,微量Mn掺杂提高了Li+在LiFePO4晶格中的嵌入-脱出能力.电导率测量和场发射扫描电子显微镜观察显示微量Mn掺杂不仅使LiFePO4材料本体电导率提高,还使获得的LiFe0.98Mn0.02PO4/C材料晶粒细化,从而使材料的电化学嵌脱锂能力显著提高.

关键词： 锂离子电池   LiFePO4   原位聚合   电极过程动力学  

摘要： 橄榄石型LiFeP04具有可逆容量高、资源丰富、对环境友善、价格便宜和安全性能好等优点,被认为是非常具有发展前景的锂离子电池正极材料。然而,较低的锂离子扩散系数和电子电导率影响了磷酸铁锂材料大倍率性能。本论文以提高LiFePO4的电化学性能为主要目的,对材料的合成条件、碳包覆、金属离子掺杂、电化学性能和锂脱嵌动力学过程等展开了深入系统的研究。主要内容如下： 采用原位聚合法制备FePO4/PANI前驱体,并对前驱体进行热重-差热(TG-DTA)、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)测试。以FePO4/PANI前驱体、醋酸锂和葡萄糖为原料,采用碳热还原法合成LiFePO4/C复合正极材料。初步研究了碳热还原反应的机理,考察了合成工艺条件对材料结构及电化学性能的影响。 采用FTIR、XRD、SEM和TEM等手段对产物进行了表征,并测试了样品的电化学性能。结果表明,700℃烧结10h所得产物为单一的橄榄石型晶体结构,碳含量为3.80wt%,颗粒粒径在100nm左右。样品具有良好的电化学性能,在0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C下的首次放电容量分别为151、136、131、127、113mAh·g-1。该样品在1C下经过50次循环,容量还保持为122mAh·g-1,衰减仅为0.78‰。 采用钠离子对LiFeP04的锂位进行了体相掺杂的改性研究,并研究了Na+掺杂量对LiFePO4材料性能的影响。研究发现：掺杂后,材料的电化学性能有所提高,其中Na+掺杂量为3%时LiFePO4的性能最佳,在0.1C、0.5C、1C、2C、3C下的首次放电容量分别为158、151、142、134、105mAh·g-1。 采用循环伏安法和电化学阻抗谱研究了LiFePO4/C的电极过程动力学。循环伏安研究表明,电极具有较好的脱、嵌锂可逆性,氧化、还原过程中Li+的固相平均扩散系数D0分别为3.85×10-10、2.15×10-10cm2·s-1。电化学阻抗技术研究表明LiFePO4/C电极的电荷转移电阻Rct在3.4V处有最小值。通过EIS测试得到锂离子在LiFePO4/C电极中的扩散系数为1.12×10-13～7.78×10-13cm2·s-1。

关键词： 磷酸铁锂   醇-水体系   表面活性剂   超分子模板   层状纳米结构  

摘要： 本文主要研究醇-水体系中,表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)超分子模板辅助合成磷酸铁锂(LFP),并首次合成了长程有序层状纳米结构磷酸铁锂前驱体(Pre-LFP)和有序层状纳米结构磷酸铁锂多晶粉体。在高温与低温醇-水体系中,考察了反应温度、表面活性剂的浓度、反应物浓度、醇/水比例等条件对产物结构和形貌的影响。 在低温醇-水体系中,合成了长程有序层状纳米结构磷酸铁锂前驱体。层状结构的重复周期为2.96nm,前驱体经高温煅烧后转变为磷酸铁锂晶体,烧结后样品中存在的孔结构为类似粘土、石墨的层状纳米结构。前驱体最佳合成工艺为:乙醇/水体积比为1:1,表面活性剂浓度为0.025g/mL,初始反应物摩尔比Li:P(磷酸):Fe=2:1:1,温度为115℃,反应时间为24h。另外,在乙醇/水体积比为1:1,表面活性剂浓度为0.05g/mL,初始反应物摩尔比Li:P(磷酸氢二铵):Fe=1:1:1,温度为115℃,反应时间为24h条件下,合成了有序层状纳米结构磷酸铁锂多晶粉体,薄层厚度为20～40nm。磷酸铁锂多晶粉体与磷酸铁锂前驱体样品的FTIR谱图均存在明显C-H的振动吸收峰,说明最终产物为磷酸铁锂前驱体或磷酸铁锂晶体与表面活性剂模板构成的纳米复合产物。 在高温醇-水体系中得到了结晶性良好的磷酸铁锂晶体。研究发现,初始反应物浓度过高会使产物颗粒细化,低浓度时则颗粒分散性好,形貌规整;提高醇/水比例有利于抑制LiFePO4(OH)杂质的产生。但在高温醇-水体系产物中没有出现具有层状结构的特征信息。 对比研究了表面活性剂辅助作用下高温与低温醇-水体系的影响因素,探讨了醇-水体系中合成磷酸铁锂的结晶过程以及表面活性剂的超分子模板作用机理。醇-水体系中的表面活性剂十二烷基磺酸钠超分子模板不仅提高了颗粒形貌的规整性,而且诱导了具有有序层状纳米结构磷酸铁锂前驱体和有序层状纳米级磷酸铁锂粉体的合成。该合成体系和方法扩展了纳米技术在电极材料合成中的应用。