锂电池阴极材料特性研究

锂电池阴极材料特性研究
锂电池阴极材料特性研究

SURFACE VEHICLE RECOMMENDED PRACTICE J3021 OCT2014 Issued 2014-10

Recommended Practice for Determining Material Properties of

Li-Battery Cathode Active Materials

RATIONALE

As the market for Li-batteries grows due to the evolution of motive and stationary power applications, new cathode active materials are being proposed for incorporation into these batteries. These materials have a variety of measurable properties with a variety of testing methodologies to characterize their functionality. This recommended practice (RP) provides a set of test methods for the characterization of the Li-battery cathode active material’s properties, which, if used consistently across different materials, will facilitate the comparison of the properties of cathode active materials.

1. SCOPE

This SAE RP provides a set of test methods and practices for the characterization of the properties of Li-battery cathode active material.

It is not within the scope of this document to establish criteria for the test results, as these are usually established between the vendor and customer.

It is not within the scope of this document to examine the rheological properties of the cathode material in slurry since such properties are influenced by the conductive additive and the solid loading, which are determined through discussion between the manufacturer and user.

It is not within the scope of this document to examine the electrochemical properties of cathode materials since these are

influenced by electrode design. The committee considers that it is impossible to establish an electrode design that would be appropriate for all cathode active materials.

2. REFERENCES

2.1 Applicable Documents

The following publications form a part of this specification to the extent specified herein. Unless otherwise indicated, the latest issue of SAE publications shall apply.

2.1.1 SAE Publications

Available from SAE International, 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA 15096-0001, Tel: 877-606-7323 (inside USA and Canada) or 724-776-4970 (outside USA), https://www.360docs.net/doc/744794671.html,.

SAE J1715 Hybrid Electric Vehicle (HEV) & Electric Vehicle (EV) Terminology

SAE J1715/2 Battery Terminology

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Downloaded from SAE International by Zhejiang Univ, Thursday, December 25, 2014

2.1.2 American Society for Testing and Materials (ASTM)

Available from ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, P.O. Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, Tel: 610-832-9585, https://www.360docs.net/doc/744794671.html,

ASTM D618-00 Standard Practice for Conditioning Plastics for Testing

ASTM D7481-09 Standard test method for determining loose and tapped bulk densities of powders using a graduated cylinder

ASTM C1274-10 Standard test method for advanced ceramic specific surface area by physical adsorption

ASTM E2651-10 Standard guide for powder particle size analysis

ASTM D6304-07 Standard test method for determination of water in petroleum products, lubricating oils and additives by coulometric Karl Fischer titration.

ASTM D7785-12 Standard test method for water in lint cotton by oven evaporation combined with volumetric Karl Fischer titration

ASTM E2550-11 Standard test method for thermal stability by thermogravimetry.

ASTM E537-12 Standard test method for the thermal stability of chemicals by differential scanning calorimetry.

ASTM E1981-98 Standard guide for assessing thermal stability of materials by methods of accelerating rate calorimetry. ASTM E70-07 Standard test method for pH of aqueous solutions with glass electrode.

3. DEFINITIONS

Except as noted below, all definitions are in accordance with SAE J1715/1 and J1715/2.

4. SAMPLE PREPARATION

Prior to testing samples should be handled and/or conditioned using the manufacturer’s recommended practice.

If manufacturer information is not available, the tests in this RP are to be performed at standard laboratory atmosphere, defined in ASTM D618-00 (Standard practice for Conditioning Plastics for Testing, section 3)

5. BULK AND TAP DENSITY

The method as described in ASTM D7481-09 (“Standard Test Method for Determining Loose and Tapped Bulk Densities of Powders Using a Graduated Cylinder) is recommended with the following clarification

Additionally, prior to analysis, the material should be passed through a sieve of maximum size of 100 μm.

6. SURFACE AREA

The methods as described in ASTM C1274-10 (“Standard Test Method for Advanced Ceramic Specific Surface Area by Physical Adsorption”) is recommended with the following exception:

Outgassing should be performed at temperature of 120 °C (instead of 150°C as described in ASTM C1274-10)

Sample size: determined by sensitivity of the instrument

7. PARTICLE SIZE (PRIMARY AND SECONDARY PARTICLE, DISTRIBUTION)

The methods as described in ASTM E2651-10 (“Standard Guide for Powder Particle Size Analysis”) are recommended with the following clarification:

Laser Diffraction (Section 14) is the most commonly used technique

8. PHASE PURITY / CRYSTALLOGRAPHIC STRUCTURE (EX XRD; REFERENCE RIETVELD)

Purpose: Determine that the material has the desired crystal structure.

Powder X-ray diffraction is recommended as the method to determine purity of the crystallographic structure. Both the positions (corresponding to lattice spacing) and the relative intensity of the measured intensity peaks are indicative of a particular phase and material.

NOTE: XRD cannot detect ppm levels of impurities or amorphous phases.

Test parameters:

?2-Theta scan region from 10 to 90°

?At a maximum, the step size should be 0.05°

? A minimum signal to noise (S/N) ratio of 5 is recommended, where the signal to noise ratio is defined as the peak signal intensity of the weakest peak of interest divided by the average signal intensity of the noise.

NOTE: For R&D purposes, XRD is used extensively for analysis of phase purity, cation mixing, lattice spacing, etc. For this analysis, the XRD data must have very high signal to noise ratio. In a production arena, XRD is generally used as a quick check to confirm that the bulk material meets the target structure. In production, only ppm levels of impurities are expected, which cannot be detected by XRD.

Data analysis:

?Measured data can be compared to reference data found in the Powder Diffraction File (PDF) of the International Centre for Diffraction Data (formerly Joint Committee for Powder Diffraction Studies). In production, measured data can be compared to that of the target material.

?For determination of cation mixing, the relative content of different phases or other parameters to be quantified, Rietveld analysis can be used.

9. THERMAL STABILITY (POWDER ONLY; POWDER IN ELECTROLYTE)

NOTE: The thermal stability of the material by itself or in electrolyte may not provide a complete picture of the thermal stability of a full cell.

NOTE: For the purposes of this document, the state of charge (SOC) of the active material is not changed. The material is tested as synthesized (generally, this means fully lithiated in the cathode of LiMO2, LiM2O4 and LiMXO4). To adjust SOC requires definition of electrode formulation, formation protocols, instructions for cell assembly and disassembly and instructions on rinsing of electrodes to prevent changes to surface layers. Some of these procedures are material (electrode formulation, formation) dependent while others (rinsing while preventing damage to surface layer) are not yet defined. As a result, procedures to modify the SOC of the materials are beyond the scope of this document.

9.1 Thermogravimetric Analysis (TGA) – (not to be used with electrolyte)

ASTM E2550-11 (Standard test method for thermal stability by thermogravimetry) provides general information on the usefulness of the technique and operating principles.

Instrument heats the material at a constant rate until a desired final temperature is reached. The rate of temperature increase is set by the user. The atmosphere should be selected so that it is inert to the material (i.e., nitrogen or argon atmosphere).

The instrument keeps a continuous record of the mass of the material in the sample pan. Any change to the material resulting in a change in mass will be detected.

Test parameters:

?Initial sample size: 10 to 50 mg (follow instructions for particular instrument)

?Temperature range: 25 to 600°C

?Temperature ramp: 1°C/min

Ideally, the gaseous species evolved from the sample, are routed to a mass spectrometer for identification. Alternately, post TGA analysis, such as XRD, could be used to identify crystalline phases in the resulting material and so indirectly help identify the evolved gaseous species.

9.2 Differential Scanning Calorimetry (DSC)

ASTM E537-12 (Standard test method for the thermal stability of chemicals by differential scanning calorimetry) provides general information on the usefulness of the technique and operating principles.

The DSC measures heat flow to and from a sample as a function of temperature. As a result, it can measure thermal energy generated by the reaction of electrode with electrolyte.

9.2.1 Samples without Electrolyte

?Non-hermetic Al pan

?Prepare samples per equipment instructions

9.2.2 Samples with Electrolyte

? A hermetically sealed pan should be used to prevent reaction of electrolyte with air (particularly water). Pan will open when gaseous components cause sufficient increase in pressure – temperature data beyond this point is no longer meaningful. Hermetic pans can open energetically, as a result users are cautioned to perform a careful review of the experimental setup, including compatibility of the different materials. Ideally, this test should be performed in equipment that is housed in an enclosure.

?Samples should be prepared in an inert environment.

Test parameters:

?Initial sample size: 10 to 50 mg (follow instructions for particular instrument)

?Temperature range: 25 to 400°C

?Temperature ramp: 1°C/min

9.3 Accelerating Rate Calorimetry (ARC)

ASTM E1981-98 (Standard guide for assessing the thermal stability of materials by methods of accelerating rate calorimetry) provides general information on the usefulness of the technique and operating principles.

ARC is adiabatic system which increases sample temperature at a user set heating rate until an exothermic reaction is detected, at which point the heat flow out of the sample is measured.

ARC data can generally be correlated to DSC data.

ARC samples use more material than DSC samples. ARC samples allow the use of significant amounts of excess electrolyte which influence the test results.

Users interested in measuring the heat flow from a material are encouraged to first investigate using DSC. If ARC is pursued, users should define an appropriate amount of electrolyte to be used. The comments made at the beginning of section 8 regarding changes in SOC of the material apply to preparation of samples for ARC.

10. CHEMICAL CONTENT (LI, TRANSITION METAL, RATIO OF LI/TM, IMPURITIES)

Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy, also referred to as inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES) is recommended for quantification of the elemental content, except carbon and sulfur, of the materials. ICP methods are not recommended for C and S quantification because these may not be discernible from the inherent background levels.

For quantification of the carbon or sulfur content, a combustion / evolved gas analyzer for carbon and sulfur content could be used. Combustion techniques will measure organic carbon content.

Users wanting to quantify elemental content down to the parts per billion level are advised to use ICP-mass spectrometry (ICP-MS).

In all cases, ICP-OES, ICP-MS and combustion/evolved gas, measurement is to be performed per instrument guidelines.

11. WATER CONTENT

Coulometric Karl Fisher titration method is recommended for water content determination, particularly for materials with water content <1,000 ppm. Sample preparation and measurement is to be performed per instrument manufacturer guidelines.

NOTE: For materials where lower precision is acceptable, for example in a material with higher intrinsic water content, volumetric titration could be used. Volumetric titration has the additional benefit of shorter measurement time than coulometric titration. ASTM E203-08 (“Standard Test Method for Water Using Volumetric Karl Fischer Titration”) describes a method for sample preparation and water content determination using volumetric titration.

NOTE: For some materials, oven evaporation may be necessary to remove all of the water from the sample. For coulometric titration, this is generally described in ASTM D6304-07 (Standard test method for determination of water in petroleum products, lubricating oils and additives by coulometric Karl Fischer titration). For volumetric titration, this is generally described in ASTM D7785-12 (Standard test method for water in lint cotton by oven evaporation combined with volumetric Karl Fischer titration).

NOTE: If oven evaporation is used, the user is cautioned to select a maximum temperature such that it does not lead to decomposition of the active material or any surface treatment / layer present on the particles.

12. PH

ASTM E70-07 (Standard test method for pH of aqueous solutions with glass electrode) specifies the apparatus and procedures for the electrometric measurement of pH values of aqueous solutions with the glass electrode.

12.1 Equipment and Supplies

?Benchtop pH-meter

?Double-junction pH electrode with built-in reference and temperature compensation probe (ATC)

?pH 4, 7 and 10 calibration standards

?pH = 9.0 verification standard

?Beaker 150 ml

?Spatula

?Spinning rod

?Magnetic stirrer with rotation speed controller

?Demineralized Water (minimum 5 MΩ * cm-1)

12.2 Calibration of pH Meter

?Calibrate the pH-meter / electrode set-up as per instrument manufacturer recommendation (use pH standards 4,7 & 10)

Instruments / electrode performance acceptance criteria after calibration:

?Slope: 97 - 102%

?Offset: ± 15mV

?Measure pH=9 reference standard. Result is to be within ±0.1pH unit from certified value

12.3 Sample Preparation and Measurement

?Add 2.00 g of active material into a 150 ml beaker.

?Add 100 ml of demineralized water and add a spinning rod to the mixture

?Set up rotation speed of the stirrer at 500 rpm

?Put the beaker on the magnetic stirrer and let it mix for 5 minutes

?Stop stirring and plunge your electrode into the cathode active material / water mixture

?Wait until stability condition has been reached

?Wait exactly for 5 minutes after stability has been reached and take measurement with two decimals

Repeat the process with a second sample of the same lot; average the measurements. Report results with ± 0.1 pH-unit accuracy.

13. MORPHOLOGY (PRIMARY AND SECONDARY PARTICLE) (METHOD EX = SEM)

Microscopy techniques, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy (SEM and TEM), are recommended for visual examination of the morphology of the primary and secondary particles. Images of similar magnification can be compared.

Sample preparation will depend on the cathode material. For example, poor conductors may need to be metal-coated in order to avoid charging.

Generally, SEM is sufficient to visualize morphology of particles of length scales of > 100nm.

TEM analysis is necessary to visualize morphology of particles with length scales of < 100nm. TEM is also necessary to look at surface morphology, for example the detection of surface treatment layers.

NOTE: microscopy techniques are more commonly used in R&D. In production, typically surface area and particle size analysis are used to confirm material conformance with specified requirements

In all cases, users should follow instrument guidelines for mounting and analysis of the sample.

14. OHMIC PROPERTIES

The intrinsic ohmic properties (electrical conductivity and resistivity) of the material should be measured in a single crystal. However, single crystal growth is outside of the scope of this document

Measurement of ohmic properties for a powder sample is dependent on particle surface area and packing of the particle to form the sample (for example, a pressed pellet). Also, the performance of the cathode in a battery is not strictly determined by the ohmic properties of the active material since most battery positive electrodes have high surface area carbon additive for electron conductivity.

For these reasons, techniques to measure ohmic properties of the powder will not be included in this document. The user is advised to measure ohmic properties of an electrode optimized for the intended application.

15. NOTES

15.1 Marginal Indicia

A change bar (l) located in the left margin is for the convenience of the user in locating areas where technical revisions, not editorial changes, have been made to the previous issue of this document. An (R) symbol to the left of the document title indicates a complete revision of the document, including technical revisions. Change bars and (R) are not used in original publications, nor in documents that contain editorial changes only.

PREPARED BY THE BATTERY MATERIALS TESTING COMMITTEE

锂电池负极材料大体分为以下几种

锂电池负极材料大体分为以下几种: 第一种是碳负极材料: 目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 第二种是锡基负极材料: 锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。 第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料,目前也没有商业化产品。 第四种是合金类负极材料: 包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金,目前也没有商业化产品。 第五种是纳米级负极材料:纳米碳管、纳米合金材料。 第六种纳米材料是纳米氧化物材料:目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向,诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨,锡氧化物,纳米碳管里面,极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。 锂金属电池 锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极(负极)、以二氧化锰为阴极(正极),并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高,额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍);终止放电电压为2V;比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh);放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤10%);工作温度范围-20℃~+60℃。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求,它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。 锂离子电池 可充电锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池,但它较为“娇气”,在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此,在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池充电要求很高,要保证终止电压精度在±1%之内,目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC,以保证安全、可靠、快速地充电。 现在手机已十分普遍,基本上都是使用锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式,并且有由几个电池串联并联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压,因为近年材料的变化,一般为3.7V,磷酸铁锂(以下称磷铁)正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压一般是4.2V,磷铁3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V~3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同,一般为3.0V,磷铁为2.5V)。低于2.5V(磷铁2.0V)继续放电称为过放,过放对电池会有损害。

锂离子特性标准

锂离子电池特性 锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高,广受消费者与工程师欢迎。但是,化学特性太活泼,则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时,会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压,科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构,形成了奈米等级的细小储存格子,可用来储存锂原子。这样一来,即使是电池外壳破裂,氧气进入,也会因氧分子太大,进不了这些细小的储存格,使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理,使得人们在获得它高容量密度的同时,也达到安全的目的。 锂离子电池充电时,正极的锂原子会丧失电子,氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去,进入负极的储存格,并获得一个电子,还原为锂原子。放电时,整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路,电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸,来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时,自动关闭细孔,让锂离子无法穿越,以自废武功,防止危险发生。 保护措施 锂电池芯过充到电压高于4.2V后,会开始产生副作用。过充电压愈高,危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后,正极材料内剩下的锂原子数量不到一半,此时储存格常会垮掉,让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电,由于负极的储存格已经装满了锂原子,后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜 纸,使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸,这是因为在过充过程,电解液等材料会裂解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应,进而爆炸。因此,锂电池充电时,一定要设定电压上限,才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时,部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电,放愈久电压会愈低,因此,放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间,所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此,3.0V是一个理想的放电截止电压。 充放电时,除了电压的限制,电流的限制也有其必要。电流过大时,锂离子来不及进入储存格,会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后,会在材料表面产生锂原子结晶,这与过充一样,会造成危险性。万一电池外壳破裂,就会爆炸。 因此,对锂离子电池的保护,至少要包含:充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内,除了锂电池芯外,都会有一片保护板,这片保护板主要就是提供这三项保护。但是,保护板的这三项保护显然是不够的,全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性,必须对电池爆炸的原因,进行更仔细的分析。 爆炸类型分析 电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。此处的外部系指电芯的外部,包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。 当电芯外部发生短路,电子组件又未能切断回路时,电芯内部会产生高热,造成部分电解液汽化,将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时,质量好的隔膜纸,会将细孔关闭,电化学反应终止或近乎终止,电流骤降,温度也慢慢下降,进而避免了爆炸发生。但是,细孔关闭率太差,或是细孔根本不会关闭的隔膜纸,会让电池温度继续升高,更多的电解液汽化,最后将电池外壳撑破,甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。

材料研究方法期末复习资料(不错)

材料研究方法复习 X射线,SEM(扫描电子显微镜),TA,DTA,DSC,TG,红外,拉曼 1.X射线的本质是什么?是谁首先发现了X射线,谁揭示了X射线的本质? 本质是一种波长很短的电磁波,其波长介于0.01-1000A。1895年由德国物理学家伦琴首先发现了X射线,1912年由德国物理学家laue揭示了X射线本质。 2.试计算波长0.071nm(Mo-Kα)和0.154A(Cu-Kα)的X射线束,其频率和每个量子的能量? E=hν=hc/λ 3.试述连续X射线谱与特征X射线谱产生的机理 连续X射线谱:从阴极发出的电子经高压加速到达阳极靶材时,由于单位时间内到达的电子数目极大,而且达到靶材的时间和条件各不相同,并且大多数电子要经过多次碰撞,能量逐步损失掉,因而出现连续变化的波长谱。 特征X射线谱: 从阴极发出的电子在高压加速后,如果电子的能量足够大而将阳极靶原子中内层电子击出留下空位,原子中其他层电子就会跃迁以填补该空位,同时将多余的能量以X射线光子的形式释放出来,结果得到具有固定能量,频率或固定波长的特征X射线。 4. 连续X射线谱强度随管电压、管电流和阳极材料原子序数的变化规律? 发生管中的总光子数(即连续X射线的强度)与: 1 阳极原子数Z成正比; 2 与灯丝电流i成正比; 3 与电压V二次方成正比: I 正比于i Z V2 可见,连续X射线的总能量随管电流、阳极靶原子序数和管电压的增加而增大 5. Kα线和Kβ线相比,谁的波长短?谁的强度高?

Kβ线比Kα线的波长短,强度弱 6.实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么?已知一个以Fe为主要成分的样品,试选择合适的X射线管和合适的滤波片? 实验中选择X射线管要避免样品强烈吸收入射X射线产生荧光幅射,对分析结果产生干扰。必须根据所测样品的化学成分选用不同靶材的X射线管。 其选择原则是: Z靶≤Z样品+1 应当避免使用比样品中的主元素的原子序数大2-6(尤其是2)的材料作靶材。 滤波片材料选择规律是: Z靶<40时: Z滤=Z靶-1 Z靶>40时: Z滤=Z靶-2 例如: 铁为主的样品,选用Co或Fe靶,不选用Ni或Cu靶;对应滤波片选择Mn 7. X射线与物质的如何相互作用的,产生那些物理现象? X射线与物质的作用是通过X射线光子与物质的电子相互碰撞而实现的。 与物质作用后会产生X射线的散射(弹性散射和非弹性散射),X射线的吸收,光电效应与荧光辐射等现象 8. X射线强度衰减规律是什么?质量吸收系数的计算? X射线通过整个物质厚度的衰减规律: I/I0 = exp(-μx) 式中I/I0称为X射线穿透系数,I/I0 <1。I/I0愈小,表示x射线被衰减的程度愈大。μ为线性吸收系数 μm表示,μm=μ/ρ 如果材料中含多种元素,则μm=Σμmi w i其中w i为质量分数 9.下列哪些晶面属于[111]晶带? (111)、(3 21)、(231)、(211)、(101)、(101)、(133),(-1-10),(1-12), (1- 32),(0-11),(212),为什么?

锂离子电池的特点

锂离子电池的特点 锂离子电池发展迅速?应用广泛,这与其固有的特点是密切相关的?与其他可充式电池相比,锂离子电池的比能量现已提高到 110W·h/kg和270W·h/L,是铅酸电池的6倍,是Cd-Ni电池的近2.5倍,是MH-Ni电池的1.8倍?锂离子电池的月自放电率已降低到6%,远比Cd-Ni电池(月自放电率25%~30%)和MH-Ni电池(月自放电率30%~40%)低得多?在可充式电池中,锂离子电池的工作电压最高,一般为3.6V,而铅酸电池为2.0V,Cd-Ni电池和MH-Ni电池均为1.2V左右?另外,锂离子电池没有记忆效应,而Cd-Ni?MH-Ni等可充式电池有记忆效应,对比数据详见下表: 目前,锂离子动力电池的市场价格已经在逐步下降,每千瓦单价为600元左右,远低于超级电容和燃料电池的价格,已经具备较强的市场竞争能力?从上表可以看出,锂离子电池与其他可充式电池相比具有优异的特性,在便携式计算机?移动通信?摄像机?电动工具?医用电子

器件?不停电电源?家用电器?电动汽车及航空航天仪器设备等民用及军用领域显示了广泛的应用前景? 如今,其应用除了向小体积?轻质量的微型装置领域发展外,也逐渐开始向大型电动设备等领域延伸?高能?轻量?低成本?使用寿命长及无污染是锂离子电池巨大的优势,它将是继镍氢?镍镉电池之后,在今后相当长一段时间内市场前景最好?发展最快的一种绿色二次化学能源,也是现阶段世界上公认的综合性能最为优异的新型二次电池?要使锂离子动力电池在安全的条件下,提供强大而持久的电能,主要应该解决以下三大关键技术: (1)活化技术; (2)热控及阻燃技术; (3)控制及管理技术? 解决第一条核心技术的方法主要是通过掺杂改性去实现?解决第二条核心技术的方法主要是通过改进所需材料的结构及性能去实现?而解决第三条核心技术的方法主要是通过传感技术?电子控制技术等去实现?通过以上三方面的技术改进,就能使锂离子动力电池的性能得到很大提高?

材料研究方法简单总结

XRD: ●所有的衍射峰都有一定的宽度是因为:1.晶体不是严格的晶体;2.X射线不是严格的单 色光;3.仪器设计造成。 ●XRD用途:1.精确测定晶胞参数——可反映晶体内部成分、受力状态等的变化,可用 于鉴别固溶体类型、测量固溶度、测定物质的真实密度等等。 2.物相定性分析——各衍射峰的角度位置所确定的晶面间距d以及它们的相对强度I/Io 是物质的固有特性。因而呢过用于五物相分析。 3.物相的(半)定量分析——外标法(物相数=2);内标法(物相数>2);基体冲洗法(修 正了内标法由于引入参比物导致的误差) 4.纳米物质平均粒度分析——当粒度小于200nm的时候,衍射线会发生宽化(相干散射 的不完全所致),测定待测样品的衍射峰的半高宽和标准物质的衍射峰的半高宽,用公式即可以得出纳米颗粒的平均粒度。 电镜: 电镜的缺陷:其实际分辨率达不到理论值 原因:电磁透镜存在像差(几何像差和色差) 几何像差:由透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的,包括球差和像散。 球差:由于电磁透镜中心区域和边缘区域磁场强度的差异,从而造成对电子会聚能力不 同而造成的。 像散:由于透镜的磁场轴向不对称所引起的一种像差。 色差:由于成像电子的能量或波长不同而引起的一种像差。 像差的存在使同一物点散射的具有不同能量的电子经透镜后不再会聚于一点,而是在像 面上形成一漫射圆斑。 ●透射电镜(TEM):1.观察水泥及其原料颗粒表面及聚集体的状态,揭示水泥熟料的微 细结构,研究水泥浆体的断面结构,观察其水化产物、未水化产物及孔的大小、形状和分布 2.黏土矿物的形态和结晶习性对陶瓷至关重要,可用TEM观察陶瓷的显微结构、点阵 缺陷和畸变。 3.TEM广泛应用于金相分析和金属断口分析。 4.TEM可以观察高分子粒子的形状、大小及分布。 ●扫描电镜(SEM):用于形貌分析(观察粉体表面形貌、材料断面、材料表面形貌)●电子探针(EPMA 配合波谱仪或能谱仪使用):主要用于材料表面层成分的定性和定 量分析 能谱仪(EDS) 优点:1.分析速度快;2.灵敏度高;3.谱线重复性好 缺点:1.能量分辨率低,峰背比低;2.使用条件苛刻 波谱仪(WDS) 优点:波长分辨率高 缺点:1.为了有足够的色散率,聚焦圆半径需足够大。导致X射线光子收集率低,使其对X射线利用率低 2.X光经衍射后,强度损失大,难以在低束流和低激发强度下使用 热分析 具体的研究内容有:熔化、凝固、升华、蒸发、吸附、解吸、裂解、氧化还原、相图制

锂离子电池负极材料介绍及合成方法

锂离子电池负极材料介绍及合成方法 目前,锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料,如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等。正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金,以及纳米负极材料等。作为锂离子电池负极材料要求具有以下性能:(1)锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高; (2)在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度,即可逆的x值尽可能大; (3)在插入/脱插过程中,锂的插入和脱插应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样尽可能大; (4)氧化还原电位随x的变化应该尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持较平稳的充电和放电; (5)插入化合物应有较好的电导率和离子电导率,这样可减少极化并能进行大电流充放电; (6)主体材料具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的SEI 膜; (7)插入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性,在形成SEI 膜后不与电解质等发生反应; (8)锂离子在主体材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电; (9)从实用角度而言,主体材料应该便宜,对环境无污染。 一、碳负极材料 碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能,并且碳材料价廉、无毒,目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入,已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整,或使石墨部分无序化,或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构,锂在其中的嵌入-脱嵌不但可以按化学计量LiC6进行,而且还可以有非化学计量嵌入-脱嵌,其比容量大大增加,由LiC6的理论值372mAh/g提高到700mAh/g~1000mAh/g,因此而使锂离子电池的比能量大大增加。 目前,已研究开发的锂离子电池负极材料主要有:石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球(MCMB)、炭黑、玻璃炭等,其中石墨和石油焦最有应用价值。 石墨类碳材料的插锂特性是:(1)插锂电位低且平坦,可为锂离子电池提供高的、平稳的工作电压。大部分插锂容量分布在0.00~0.20V之间(vs. Li+/Li);(2)插锂容量高,LiC 6 的理论容量为372mAh.g-1;(3)与有机溶剂相容能力差,易发生溶剂共插入,降低插锂性能。 石油焦类碳材料的插、脱锂的特性是:(1)起始插锂过程没有明显的电位平 台出现;(2)插层化合物Li x C 6 的组成中,x=0.5左右,插锂容量与热处理温度 和表面状态有关;(3)与溶剂相容性、循环性能好。 根据石墨化程度,一般碳负极材料分成石墨、软碳、硬碳。 1、石墨 石墨材料导电性好,结晶度较高具有良好的层状结构,适合锂的嵌入-脱嵌,形成锂-石墨层间化合物,充放电容量可达300mAh.g-1以上,充放电效率在90%

锂离子电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料的研究进展 摘要:随着时代的进步,能源与人类社会的生存和发展密切相关,持续发展是全人类的、共同愿望与奋斗目标。矿物能源会很快枯竭,解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染是对国家经济和安全的挑战也是对科学技术界地挑战。电池行业作为新能源领域的重要组成部分,已经成为全球经济发展的一个新热点本文阐述了锂离子负极材料的基本特性,综述了碳类材料、硅类材料以及这两种材料形成的复合材料作为锂离子电池负极材料的研究及开发应用现状。 关键词:锂离子电池负极材料碳/硅复合材料 引言:电极是电池的核心,由活性物质和导电骨架组成正负极活性物质是产生电能的源泉,是决定电池基本特性的重要组成部分。本文就锂离子电池的负极材料进行研究。锂离子电池是目前世界上最为理想的可充电电池。它不仅具有能量密度大、无记忆效应、循环寿命长等特点,而且污染小,符合环保要求。随着技术的进步,锂离子电池将广泛应用于电动汽车、航空航天、生物医学工程等领域,因此,研究与开发动力用锂离子电池及其相关材料有重大意义。对于动力用锂离子电池而言,关键是提高功率密度和能量密度,而功率密度和能量密度提高的根本是电极材料,特别是负极材料的改善。 1、锂离子负极材料的基本特性 锂离子电池负极材料对锂离子电池性能的提高起着至关重要的作用。锂离子电池负极材料应具备以下几个条件: (1) 应为层状或隧道结构,以利于锂离子的脱嵌且在锂离子嵌入和脱出时无结构上的变化,以使电极具有良好的充放电可逆性和循环寿命; (2) 锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出,以使电极具有较高的可逆容量。在锂离子的脱嵌过程中,电池有较平稳的充放电电压; (3) 首次不可逆放电比容量较小; (4) 安全性能好; (5) 与电解质溶剂相容性好; (6) 资源丰富、价格低廉; (7) 安全、不会污染环境。 现有的负极材料很难同时满足上述要求。因此,研究和开发新的电化学性能更好的负极材料成为锂离子电池研究领域的热门课题。 2、选材要求 一般来说,锂离子电池负极材料的选择主要要遵循以下原则:1、插锂时的氧化还原电位应尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高;2、锂能够尽可能多地在主体材料中可逆的脱嵌,比容量值大;3、在锂的脱嵌过程中,主体结构没有或很少发生变化,以确保好的循环性能;4、氧化还原电位随插锂数目的变化应尽可能的少,这样电池的电压不会发生显著变化,可以保持较平稳的充放电:5、插入化合物应有较好的电子电导率和离子电导率,这样可以减少极化并能进行大电池充放电;6、具有良好的表面结构,能够与液体电解质形成良好的固体电解质界面膜;7、锂离子在主体材料有较大的扩散系数,便于快速的充放电;8、价格便宜,资源丰富对环境无污染 3、负极材料的主要类型用作锂离子电池负极材料的种类繁多,根据主体相

材料研究方法作业答案

材料研究方法作业答案

材料研究方法

第二章思考题与习题 一、判断题 √1.紫外—可见吸收光谱是由于分子中价电子跃迁产生的。 ×2.紫外—可见吸收光谱适合于所有有机化合物的分析。 ×3.摩尔吸收系数的值随着入射波光长的增加而减少。×4.分光光度法中所用的参比溶液总是采用不含待测物质和显色剂的空白溶液。 ×5.人眼能感觉到的光称为可见光,其波长范围是200~400nm。 ×6.分光光度法的测量误差随透射率变化而存在极大值。 √7.引起偏离朗伯—比尔定律的因素主要有化学因素和物理因素,当测量样品的浓度极大时,偏离朗伯—比尔定律的现象较明显。 √8.分光光度法既可用于单组分,也可用于多组分同时测定。 ×9.符合朗伯—比尔定律的有色溶液稀释时,其最大吸

收波长的波长位置向长波方向移动。 ×10.有色物质的最大吸收波长仅与溶液本身的性质有关。 ×11.在分光光度法中,根据在测定条件下吸光度与浓度成正比的比耳定律的结论,被测定溶液浓度越大,吸光度也越大,测定的结果也越准确。() √12.有机化合物在紫外—可见区的吸收特性,取决于分子可能发生的电子跃迁类型,以及分子结构对这种跃迁的影响。() ×13.不同波长的电磁波,具有不同的能量,其大小顺序为:微波>红外光>可见光>紫外光>X射线。()×14.在紫外光谱中,生色团指的是有颜色并在近紫外和可见区域有特征吸收的基团。() ×15.区分一化合物究竟是醛还是酮的最好方法是紫外光谱分析。() ×16.有色化合物溶液的摩尔吸光系数随其浓度的变化而改变。() ×17.由共轭体系π→π*跃迁产生的吸收带称为K吸收带。() √18.红外光谱不仅包括振动能级的跃迁,也包括转动能级的跃迁,故又称为振转光谱。() √19.由于振动能级受分子中其他振动的影响,因此红

揭秘!锂电池制造工艺全解析

揭秘!锂电池制造工艺全解析 锂电池结构 锂离子电池构成主要由正极、负极、非水电解质和隔膜四部分组成。目前市场上采用较多的锂电池主要为磷酸铁锂电池和三元锂电池,二者正极原材料差异较大,生产工艺流程比较接近但工艺参数需变化巨大。若磷酸铁锂全面更换为三元材料,旧产线的整改效果不佳。对于电池厂家而言,需要对产线上的设备大面积进行更换。

锂电池制造工艺 锂电池的生产工艺比较复杂,主要生产工艺流程主要涵盖电极制作的搅拌涂布阶段(前段)、电芯合成的卷绕注液阶段(中段),以及化成封装的包装检测阶段(后段),价值量(采购金额)占比约为(35~40%):(30~35)%:(30~35)%。差异主要来自于设备供应商不同、进口/国产比例差异等,工艺流程基本一致,价值量占比有偏差但总体符合该比例。 锂电生产前段工序对应的锂电设备主要包括真空搅拌机、涂布机、辊压机等;中段工序主要包括模切机、卷绕机、叠片机、注液机等;后段工序则包括化成机、分容检测设备、过程仓储物流自动化等。除此之外,电池组的生产还需要Pack 自动化设备。 锂电前段生产工艺 锂电池前端工艺的结果是将锂电池正负极片制备完成,其第一道工序是搅拌,即将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂,通过真空搅拌机搅拌成浆状。配料的搅拌是锂电后续工艺的基础,高质量搅拌是后续涂布、辊压工艺高质量完成的基础。 涂布和辊压工艺之后是分切,即对涂布进行分切工艺处理。如若分切过程中产生毛刺则后续装配、注电解液等程序、甚至是电池使用过程中出现安全隐患。因此锂电生产过程中的前端设备,如搅拌机、涂布机、辊压机、分条机等是电池制造的核心机器,关乎整条生产线的质量,因此前端设备的价值量(金额)占整条锂电自动化生产线的比例最高,约35%。

锂电池的特点与特性

锂电池的特点与特性(聚合物) 根据锂离子电池所用电解质材料的不同,锂离子电池分为液态锂离子电池(Liquified Lithium-Ion Battery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(Polymer Lithium-Ion Battery, 简称为PLB)或塑料锂离子电池(Plastic Lithium Ion Batteries, 简称为PLB)。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的,正极材料分为钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料,负极为石墨,电池工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同,液态锂离子电池使用液体电解质,聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替,这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物凝胶电解质。那聚合物锂电池的特性有哪些?下面和中美通用电池公司一起来了解下。 1、单体电池的工作电压高 聚合物锂电池的工作电压在3.6V,是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍。 2、比能量高。 聚合物电池比能量目前已达140Wh/kg,是镍镉电池的3倍,镍氢电池的1.5倍。 3、自放电小,在放置很长时间后其容量损失也很小。 4、循环寿命长。 目前聚合物锂电池循环寿命已达1000次以上,在低放电深度下可达几万次,超过了其他几种二次电池。 5、重量轻 聚合物锂电池重量较同等容量规格的钢壳锂电池轻40%,较铝壳锂电池轻20%。 6、形状可定制 制造商不用局限于标准外形,能够经济地做成合适的大小。聚合物电池可根据客户的需求增加或减少电芯厚度,开发新的电芯型号,价格便宜,开模周期短,有的甚至可以根据手机形状量身定做,以充分利用电池外壳空间,提升电池容量。 7、内阻小 聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小,目前国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到35mΩ以下,极大的减低了电池的自耗电。

材料研究方法

核磁共振在分子筛催化剂表征中的研究应用 摘要 核磁共振己经发展成为一种不可取代的工具,它常被用来作为化学分析、结构确定和研究有机、无机以及生物体系的动力学的一种手段。核磁共振通常被用来表征合成产物的结构,是研究催化剂的强有力手段之一。介绍了固体核磁共振的基本原理及魔角旋转、高功率质子去耦、交叉极化、多脉冲同核去耦以及四级核的信号增强等一系列相关操作技术,综述了核磁共振在催化剂表征中的一些研究进展。 关键词:核磁共振;原理;催化剂;谱图表征

Application of NMR in Characterization of Molecular Sieve Catalysts Abstract NMR has evolved into an irreplaceable tool for chemical analysis, structural determination, and study of the dynamics of organic, inorganic, and biological systems. Nuclear magnetic resonance is often used to characterize the structure of synthetic products and is one of the powerful means of studying catalysts. The basic principles of solid-state NMR and the related operating techniques such as magic angle rotation, high power proton decoupling, cross polarization, multi-pulse homonuclear decoupling and four-stage nuclear signal enhancement are introduced. The characterization of NMR in catalysts is reviewed. Some of the research progress. Key words:Nuclear magnetic resonance;Principle;Catalyst;Spectral representation

锂电池生产工艺分析

璽电池生产工艺分析 关于循环不合格的分析 一、正负极活性材料的物化结构性质的影响 正负极活性材料的物化结构性质对锂离子的嵌入和脱嵌有决定性的影响,因而影响电池的循环寿命。正负极活性材料的结构是主要的影响因素,使用容易脱嵌的活性材料充放电循环时,活性材料的结构变化较小,而且这种微小变化是可逆的,因而有利于延长充放电循环寿命。 1、材料在充放电过程中的结构稳定性 材料在充放电过程中的结构稳定性有利于提高其充放循环性能。如尖晶石材料LiXMn204,具有优越的循环性能,其主要原因之一便是在锂离子的嵌入和胶出过程中,单元晶胞膨胀、收缩率小于1%,即体积变化小;LiXMn204(X大于等于1)电极在充放过程中容量损失严重,主要是因为在充放电过程中,其颗粒表面发生John- Teller畸变效应,单元晶胞膨胀严重,使结构完整性破坏。对材料进行适当的离子掺杂可有效提高材料的结构稳定性。如对尖晶石结构LiXMn2O4进行适量的钻(Co) 掺杂,因钻使该材料的晶格参数变小,在循规蹈矩环过程中晶体结构趋于稳定,从而有效改善了其循环稳定性。 2、活性材料的料度分布及大小影响 活性材料的粒度对其循环性能影响很大。研究表明:活性材料的粒度在一定范围与材料的循环性能正相关;活性材料的粒度分布越宽,其循环性能就越差,因为当粒度分布较宽时,其孔隙度差,从而影响其对电解液的毛细管作用而使阻抗表现较大,当充电到极限电位时,大颗粒表面的锂离子会过度脱嵌而破坏其层状结构,而不利于循环性能。 3、层状结构的取向性及片度的影响

具有高度取向性和高度层状有序结构且层状结构较厚的材料,因锂离子插入的方向性强,使用其大电流充电放循环时性能不佳,而对于一些具有无序性层状结构 (混层结构)或层结构较薄的材料,山于其锂离子脱嵌速率快,且锂脱嵌引起的体积变化较小,因而其充放循环过程中容降率较小,且耐老化。 4、电极材料的表面结构和性质的影响 改善电极材料的表面结构和性质可有效抑制有机溶剂的共插入及其与电解液间的不良反应,如在石黑表面包覆一层有机聚合物热解碳,在一些正极活性材料如LiC002, LiC0XNil-X02等表层涂覆一层玻璃态复合氧化物如 LiO-A12O3-SiO2, Li20-2B203等可显著改善材料的充放电循环性能及电池的安全性。 二、电极涂层粘结强度的影响 正负极涂层的粘结强度足够高时,可防止充放循环过程中正负极优其是负极的粉化脱落或涂层因过度膨胀收缩而剥离基片,降低循环容降率;反之,如果粘结强度达不到要求,则随循环次数的增加,因涂层剥离程度加重而使电池内阻抗不断增大,循环容量下降加剧。具体说来,包括以下儿方面的因素。 1、胶粘剂的材料选择 LI前常用的粘合剂为水溶性有机氟粘合剂(PVDF, PTFE等),其粘结强度受物理化学性能参数如分子量、热稳定性、热收缩率、电阻率、熔融及软化温度以及在溶剂中的溶胀饱合度、化学稳定性等的影响;此外,正极和负极所用的粘结剂及溶剂均要非常纯,以免因杂质存在而使电极中的粘结剂氧化和老化,从而降 低电池的循环性能。 2、胶粘剂的配制

锂电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料研究进展介绍 来源:中国燃料电池网时间:2015-09-08 09:11 编辑:周奕 我国能源生产量和消费量均已居世界前列,但在能源供给和利用形式上存在着一系列突出问题,如能源结构不合理、能源利用效率不高、可再生能源开发利用比例低、能源利用安全水平有待进一步提高。总体上讲,我国能源工业大而不强,与发达国家相比,在技术创新能力方面还存在较大差距。因此,提高能源利用效率,调整能源结构,开发和利用可再生能源将是我国能源发展的必然选择。为了解决我国能源工业所面临的难题,寻求替代传统化石燃料的可再生绿色能源显得尤为迫切。与此同时,随着人们环保意识的日益增强和对资源利用率的关注,可充电电池逐渐成为研究的焦点,而锂原电池的成功应用大大推动了锂离子电池的研究和发展,使锂离子电池成为关注的重点。 1锂离子电池发展状况 锂电池最早出现于1958年,20世纪70年代开始进入实用化[2]。由于具有重量轻、体积小、安全性好、工作电压高、能量密度高、使用寿命长等优点成为近年来最受关注的储能器件之一。随着世界全面步入信息时代,电子化和信息化己经成为各个领域的共同发展趋势,锂离子电池也被越来越多地应用于多个方面。医疗上,锂离子电池可以为心脏起搏器、助听器等设备供能,对于病人更安全、更便捷;交通上,锂离子电池己经被广泛应用于电动单车、电动汽车上;军事上,锂离子电池可为电磁武器充能,为小型定位系统供能,甚至作为潜艇等大型作战设备的备用动力源;航天上,锂离子电池可作为航天器及各种仪器设备的电力补充单元。 电池按工作性质可以分为一次电池和二次电池[3]。一次电池是指不可循环使用的电池,如碱锰电池、锌锰电池等。二次电池指可以多次充放电、循环使用的电池,如先

锂离子电池的三大特性分析

锂离子电池的三大特性分析 时间:2014-11-12 11:12:47来源:本站原创浏览次数:9697 一、电池的容量特性 容量测试得到电池在不同倍率下的放电电压与容量关系曲线如图3所示。 图3 不同倍率下的放电电压与容量的关系曲线 从图中可以看出,在整个放电过程中锂离子电池的电压曲线可以分为3个阶段:1)电池在初始阶段端电压快速下降,放电倍率越大,电压下降的越快; 2)电池电压进入一个缓慢变化的阶段,这段时间称为电池的平台区,放电倍率越小,平台区持续的时间越长,平台电压越高,电压下降越缓慢。在锂离子电池的实际使用过程中,尽可能希望电池工作在平台区; 3)在电池电量接近放完时,电池负载电压开始急剧下降直至达到放电截止电压。从容量测试的结果中,同时还可以得到放电电流与容量的曲线关系,如图4所示。

图4 不同放电电流与容量的关系曲线 从图中可以看出,电池放电电流的大小,会直接影响到电池的实际容量。放电电流越大,电池容量相应减小,这表明放电电流越大,到达终止电压经历的时间越短。所以谈到电池容量时,应指明其放电电流(放电倍率)。 二、电池开路电压特性 开路电压测试[6]得到锂离子电池开路电压与电池SOC的关系曲线如图5所示。 图5 电池充电与放电时的OCV-SOC曲线

从图中可以看出,电池的OCV-SOC曲线与电池放电电压曲线趋势基本相同。在SOC的中间区间(20%<SOC<80%)内,电池的OCV变化极小,电池处于平台区;而在SOC的两端区间(SOC<10%和SOC>90%),OCV 的变化率较大,整个磷酸铁锂电池的OCV-SOC曲线呈现中间区域平坦,头尾两端陡峭的样子,开路电压法即是利用这一稳定的对应关系进行SOC估计。 锂离子电池OCV-SOC关系曲线受温度、放电倍率、老化程度因素影响较小[7],但在充放电2种状态下,两条特性曲线之间会存在一定差异。 三、电池内阻特性 图6表示磷酸铁锂电池在充电和放电时的欧姆内阻。 图6 电池内阻变化曲线

材料研究方法作业答案

材料研究方法

第二章思考题与习题 一、判断题 √1.紫外—可见吸收光谱是由于分子中价电子跃迁产生的。 ×2.紫外—可见吸收光谱适合于所有有机化合物的分析。 ×3.摩尔吸收系数的值随着入射波光长的增加而减少。 ×4.分光光度法中所用的参比溶液总是采用不含待测物质和显色剂的空白溶液。 ×5.人眼能感觉到的光称为可见光,其波长范围是200~400nm。 ×6.分光光度法的测量误差随透射率变化而存在极大值。 √7.引起偏离朗伯—比尔定律的因素主要有化学因素和物理因素,当测量样品的浓度极大时,偏离朗伯—比尔定律的现象较明显。 √8.分光光度法既可用于单组分,也可用于多组分同时测定。 ×9.符合朗伯—比尔定律的有色溶液稀释时,其最大吸收波长的波长位置向长波方向移动。 ×10.有色物质的最大吸收波长仅与溶液本身的性质有关。 ×11.在分光光度法中,根据在测定条件下吸光度与浓度成正比的比耳定律的结论,被测定溶液浓度越大,吸光度也越大,测定的结果也越准确。() √12.有机化合物在紫外—可见区的吸收特性,取决于分子可能发生的电子跃迁类型,以及分子结构对这种跃迁的影响。() ×13.不同波长的电磁波,具有不同的能量,其大小顺序为:微波>红外光>可见光>紫外光>X射线。() ×14.在紫外光谱中,生色团指的是有颜色并在近紫外和可见区域有特征吸收的基团。() ×15.区分一化合物究竟是醛还是酮的最好方法是紫外光谱分析。() ×16.有色化合物溶液的摩尔吸光系数随其浓度的变化而改变。() ×17.由共轭体系π→π*跃迁产生的吸收带称为K吸收带。() √18.红外光谱不仅包括振动能级的跃迁,也包括转动能级的跃迁,故又称为振转光谱。() √19.由于振动能级受分子中其他振动的影响,因此红外光谱中出现振动偶合谱带。() ×20.确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。() ×21.对称分子结构,如H2O分子,没有红外活性。() √22.分子中必须具有红外活性振动是分子产生红外吸收的必备条件之一。() √23.红外光谱中,不同化合物中相同基团的特征频率总是在特定波长范围内出现,故可以根据红外光谱中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。() ×24.不考虑其他因素的影响,下列羰基化合物的大小顺序为:酰卤>酰胺>酸>醛>酯。() √25.傅里叶变换型红外光谱仪与色散型红外光谱仪的主要差别在于它有干涉仪和计算机部件。()√26.当分子受到红外光激发,其振动能级发生跃迁时,化学键越强吸收的光子数目越多。() ×27.游离有机酸C=O伸缩振动v C=O频率一般出现在1760cm-1,但形成多聚体时,吸收频率会向高波数移动。() 二、选择题 1.在一定波长处,用2.0 cm吸收池测得某试液的百分透光度为71%,若改用3.0 cm吸 收池时,该试液的吸光度A为(B) (A)0.10 (B)0.22 (C)0.45 2.某化合物浓度为c1,在波长λ1处,用厚度为1 cm的吸收池测量,求得摩尔吸收系数为ε1,在浓度为3 c1时,在波长λ1处,用厚度为3 cm的吸收池测量,求得摩尔吸收系数为ε2。则它们的关系是(A)(A)ε1=ε2(B)ε2=3ε1(C)ε2>ε1

锂电池生产工艺修订稿

锂电池生产工艺 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

锂离子电池工艺流程 正极混料 原料的掺和: (1)粘合剂的溶解(按标准浓度)及热处理。 (2)钴酸锂和导电剂球磨:使粉料初步混合,钴酸锂和导电剂粘合在一起,提高团聚作用和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中,球磨时间一般为2小时左右;为避免混入杂质,通常使用玛瑙球作为球磨介子。 干粉的分散、浸湿: (1)原理:固体粉末放置在空气中,随着时间的推移,将会吸附部分空气在固体的表面上,液体粘合剂加入后,液体与气体开始争夺固体表面; 如果固体与气体吸附力比与液体的吸附力强,液体不能浸湿固体;如果固体与液体吸附力比与气体的吸附力强,液体可以浸湿固体,将气体挤出。 当润湿角≤90度,固体浸湿。 当润湿角>90度,固体不浸湿。 正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿,所以正极粉料分散相对容易。 (2)分散方法对分散的影响: A、静置法(时间长,效果差,但不损伤材料的原有结构); B、搅拌法;自转或自转加公转(时间短,效果佳,但有可能损伤个别 材料的自身结构)。 1、搅拌桨对分散速度的影响。搅拌桨大致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、 齿轮形等。一般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨用来对付分散难度大的材料或配料的初始阶段;球形、齿轮形用于分散难度较低的状态,效果佳。 2、搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高,分散速度越快, 但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。 3、浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越小,分散速度越快,但 太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。 4、浓度对粘结强度的影响。浓度越大,柔制强度越大,粘接强度 越大;浓度越低,粘接强度越小。 5、真空度对分散速度的影响。高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排 出,降低液体吸附难度;材料在完全失重或重力减小的情况下分散均匀的难度将大大降低。 6、温度对分散速度的影响。适宜的温度下,浆料流动性好、易分散。太热 浆料容易结皮,太冷浆料的流动性将大打折扣。 稀释。将浆料调整为合适的浓度,便于涂布。 原料的预处理 (1)钴酸锂:脱水。一般用120 oC常压烘烤2小时左右。 (2)导电剂:脱水。一般用200 oC常压烘烤2小时左右。 (3)粘合剂:脱水。一般用120-140 oC常压烘烤2小时左右,烘烤温度视分子量的大小决定。 (4) NMP:脱水。使用干燥分子筛脱水或采用特殊取料设施,直接使用。 2.1.2物料球磨

四种锂电池负极材料的PK

四种锂电池负极材料的PK 作者:中国储能网新闻中心来源:电池中国网发布时间:2016-8-8 18:46:00 中国储能网讯:负极材料作为锂电池四大组成材料之一,在提高电池 的容量以及循环性能方面起到了重要作用,处于锂电池产业中游的核心环节。调研显示,2015年中国负极材料产量7.28万吨,同比增长42.7%,国内产值为38.8亿元,同比增长35.2%。这标志着锂电池负极材料市场 迎来了发展的春天。 负极材料分类众多,其中石墨类碳材料一直处于负极材料的主流地位。编辑总结发现,近日受到追捧的石墨烯概念、业内使用较为普遍的人工石墨、性能稳定的中间相碳微球以及有“新大陆”之称的硅碳复合材料,在 负极材料领域形成了“四方争霸”的局面。下面就让编辑带大家了解一下 这“四方霸主”的厉害吧。 独占一方的石墨烯 石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体,因为质地薄、硬度大且电子移动速度快而被科学家广泛推崇,并冠以“新材料之王”的

美誉。尽管这位“王者”优异的化学性能被新能源市场所看好,但是至今 为止依然停留在“概念化”的阶段。 如果将石墨烯用作锂电负极材料的话,需要独立的上下游产业链、昂 贵的价格还有复杂的工艺,这让众多负极材料厂商望而却步。尽管如此, 国内依然有一些企业砥砺前行,目前中国安宝、大富科技以及贝特瑞等知 名企业已经开始布局石墨烯产业。 但是,行业内关于石墨烯用作负极材料的质疑也在不断发酵,有人认 为石墨烯的振实和压实密度都非常低,又加之成本昂贵,作为电池负极材 料前景十分渺茫。但是鉴于它的热潮还在持续,说它是“一方霸主”也不 为过。 控制“主场”的人工石墨 目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主,这两种石墨各有优劣。湖州创亚总经理胡博表示:“天然石墨克容量较高、工艺简单、价格便宜,但吸液及循环性能差一些;人造石墨工艺复杂些、价格贵些,但循环及安 全性能较好。通过各种手段的技术改进,这两种石墨负极材料都可以‘扬 长避短’,但就目前来看,人造石墨用于动力电池上占据一定的优势”。 而这一说法也在市场中得到了印证。相关媒体调研数据显示,今年第 一季度中国天然石墨产量4770吨,同比增长16.3%;人造石墨出货15160吨,同比增长110.5%。从以上数据来看,人造石墨出货量远高于天然石墨,而造成这一现象的重要原因,是今年以来市场对动力电池的强 劲需求。 性能稳定的中间相碳微球 中间相碳微球具有高度有序的层面堆积结构,是典型的软碳,石墨化 程度较高,结构稳定,电化学性能优异。据中咨网研究部统计数据显示,2012年中国负极材料出货量为27650吨,其中天然石墨出货量占比59%,人造石墨30%,石墨化中间碳微球8%。就此说来,中间相碳微球是仅次于天然石墨和人工石墨的第三大主流碳类负极材料。

同济大学材料研究方法07真题及答案解析.doc

同济大学材料学院材料学专业——2007年真题及解析 科目一:代码:821 科目名称:材料研究方法 北京万学教育科技有限公司

考试年份:2007 招生专业:材料学 研究方向: 01高性能水泥基材料 02智能材料 03新型建筑材料 04生态环境材料 05无机功能材料 06高分子功能材料 07高分子材料改性 08生物医用材料 09金属功能材料 10纳米材料 11材料体系分析与建模方法 一、真题 1.电子束轰击到固体样品表面会产生哪些主要物理信号?研究材料的表面形貌一般收集哪种物理信号?并说明其衬度原理研究材料表面元素分原布状况应收集哪些信息,并收明其衬度理。 2.简述DSC的种类和定量热分析原理,举例说明其在材料研究领域的应用。 3.请详述电子衍射和X射线衍射的异同点。 4.请说述电子探针中波谱的原理和应用,并简述波谱与能谱在应用方面的异同。 5.写出布拉格方程,分析物质产生X衍射的充要条件,简述X射线粉末衍射物相鉴定过程。请说明样品制备对物相鉴定的影响。 6.简述特征X射线的产生,性质和应用。 7.简述红外光谱用于分子结构分析的基础,说明其应用。 8.采用何种手段可以研究高分子材料的结晶。 9.聚合物的填充改性及共混是高分子材料改的常用手段,如何研究无机填充材料在高聚物基体中的分布情况?如何研究共混物中各相的形态? 第 1 页共10 页

10.核磁共振谱中不同质子产生不同化学位移的根本原因是什么?化学位移的主要影响因素有哪些?核磁共振谱中的信号强度可以提供何种信息? 11.请详细描述金相试样的制备过程,并画出碳马氏体和高碳马氏体的组织示意图,解释其区别。 12.举例说明透射电镜在金属材料研究方面的应用,说明其原理。 13.制备金属材料透射电子显微镜试样时一般采用双喷法制样,请详述其原理。 14.请详述多晶,非晶,纳米晶体材料在透射电子显微镜选区稍微图像中的区别。 15.拟定方案,解决玻璃体内夹杂物的鉴定。 16.采用合适的现代技术表征法分析硅酸盐水泥水化进程,请简要评述你给出的方法。 17.叙述X射线粉末衍射分析无机材料的方法有哪几种,并加以评述。 18.请简要叙述布拉格方程在材料微观结构分析和表征领域中的应用。 二、解析 1.电子束轰击到固体样品表面会产生哪些主要物理信号?研究材料的表面形貌一般收集哪种物理信号?并说明其衬度原理研究材料表面元素分原布状况应收集哪些信息,并收明其衬度理。 1.参考答案: 主要物理信号:1.背散射电子 2. 二次电子 3. 吸收电子 4. 透射电子 5. 特征X射线 6.俄歇电子 研究表面形貌的信号: 1.背散射电子 2. 二次电子6.俄歇电子 研究表面元素分布应选择背散射电子,应为其对元素的变化比较敏感。 试题解析: 2.知识点:电子与物体的相互作用 3.答题思路:简述个知识点 历年考频:此考点在近五年中共出现3分别为:04,06,07年。 2.简述DSC的种类和定量热分析原理,举例说明其在材料研究领域的应用。 1.参考答案: DSC分为两种。分别为功率补偿型和热流型 原理::DSC技术是在程序控制温度下,测量输入到试样和参比物的能量差随温度或时间变化的一种技术。 差示扫描量热分析法就是为克服差热分析在定量测定上存在的这些不足而发展起来的一种新的热分析技术。该法通过对试样因发生热效应而发生的能量变化进行及时的应有的补偿,保持试样与参比物之间温度始终保持相同,无温差、无热传递,使热损失小,检测信号大。因此在灵敏度和精度方面都大有提高。 DSC技术的特点:由于试样用量少,试样内的温度梯度较小且气体的扩散阻力下降,对于功率补偿型DSC有热阻影响小的特点。 应用:1.纯度分析 2.定量分析 3.纯度分析 4.比热容测定 第 2 页共10 页

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