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锂电池中添加应用的纳米材料(二氧化钛、氧化铝、二氧化锆)

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发表于 2014-4-24 13:20:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
锂电池中添加应用的纳米材料(二氧化钛、氧化铝、二氧化锆)
纳米三氧化二铝,纳米氢氧化铝,纳米二氧化钛,纳米氧化镁,纳米二氧化锆,纳米氧化锌,纳米氧化铁,纳米二氧化硅等纳米材料在锂电池(磷酸铁锂,锰酸锂,钴酸锂,钛酸锂以及电池隔膜)中的添加与应用。
一、锂电池专用纳米氧化铝
锂电池专用纳米氧化铝是根据电池,以及电池材料的性能,经过特殊的加工工艺生产出来的粒径小而均匀,纯度高,表面性能优异的纳米粉体,广泛用于各种锂电池,碱性电池,太阳能电池等以及其他电池,提高电池的储能性能,安全性能,起到节能环保的作。
技术指标:
  
项目
  
指标
型号
VK-L30D   0571 8536 7025
外 观
白色粉末
含量﹪
99.99
比表面积,m/g
180±30
粒径 nm
30±5
PH值
5.0-6.5
加热减量,%
≤1.0
灼烧失重 (%)
≤1.0
应用特性:
1,纳米氧化铝用作锂电池电极涂层,可以有效的起到隔热,绝缘的作用,提高安全性能
2,掺杂铝到钴酸锂中,可形成固溶体,稳定晶格,提高倍率性能和循环性能。
3,用纳米氧化铝对钴酸锂进行包覆,可以提高热稳定性,提高循环性能和耐过充能力,抑制氧的生成和LiPF6的分解,可避免LiCo02与电解液直接接触,减少电化学比容量损失,从而提高LiCoO2的电化学比容量。
4, 纳米氧化铝中铝离子的掺杂,可以提高电池的电压,从而提高电池使用的安全性
5, 纳米氧化铝应用于改性进尖晶石锰酸锂材料,生产出的电池可逆容量达到107mAh/克,55C循环200次, 容量保持率大于90%,优于国际同类产品水平,是国内第一个可用于用高功率锂离子电池的材料。
包装:15kg/
二、锂电池专用纳米氢氧化铝
纳米氢氧化铝粒径小,比表面积大,活性高,用到锰酸锂,钴酸锂,磷酸铁锂里面显著提高锂电池的循环性能,放点容量,倍率性能。更好的为锂离子的循环提供通道。
技术指标:
  
检验项目(Inspection)
  
质量标准
型号
VK-LA20   0571 8536 7025
外观
白色末状
PH值
7-9
含量≥
99.99  %
平均粒径,
20nm
松装密度bulk density (g/cm3)
0.15-0.2
比表面积BET(m2/g)
200-300
白度(whiteness),≥
99
添加量:0.5-2%左右
包装:10公斤/
三、陶瓷隔膜高纯超细氧化铝
添加量30%--40%
锂电池专用纳米氧化铝是我公司根据电池,以及电池材料的性能,经过特殊的加工工艺生产出来的粒径小而均匀,纯度高,表面性能优异的纳米粉体,广泛用于各种锂电池,碱性电池,太阳能电池等以及其他电池,提高电池的储能性能,安全性能,起到节能环保的作。
据市场反应,电池薄膜用纳米氧化铝在纯度必须要大于99.99%,且D50为300-500nm范围最佳,否则涂覆上后会阻挡电子孔隙。我公司采用醇铝法工艺制作生产的高纯氧化铝,此工艺优点在于能制造最高纯度达到99.9999%的高纯氧化铝,缺点在于成本较高,目前是国内唯一一家愿意能用此工艺做出纯度最高的高纯氧化铝,但目前中国锂电池隔膜市场用氧化铝均为日本进口的高纯氧化铝,其价格也普遍高达400-1000元/公斤,相对于日本产品来说,在国内的价格上还是很便宜;其次,论产品质量上来说,我公司制作工艺高于日本住友,制作的高纯氧化铝早已在日本隔膜市场得以广泛应用,完全可以在保证质量降低成本的条件下替代日本产品,为工业报国做出自己的一份贡献。
技术指标:
  
项目
  
指标
型 号
VK-L500
VK-L500G
外 观
白色粉末
白色粉末
含量﹪
99.995
99.999
比表面积,m/g
2-8
2-8
粒径nm
300-500
300-500
松装密度(g/cm3)
0.2-1.0
0.2-1.0
《28 ppm
《8 ppm
《50 ppm
《5 ppm
杂质总数
不超过100 ppm
不超过10 ppm
高纯氧化铝在锂电池隔膜涂层方面的技术应用优势:

  §优势一:电流过大时,能够阻断电流。PP/PE材料的锂电池隔膜是通孔,当电流过大时,很容易造成穿孔现象,进而造成锂电池燃烧或者bao炸,而用高纯氧化铝作为涂层材料与粘合剂一起使用涂覆在PP/PE材料表面可以起到调孔的作用,这是因为高纯氧化铝为板状晶体结构,当电流过大时,材料发热,进而板状晶体结构的高纯氧化铝涂层材料就会体积膨胀,就会闭合锂电池隔膜上的电流传导孔,从而起到阻断电流的作用,当温度降下来时,材料体积会收缩,这时隔膜上的电流传导孔就会重新打开,利用该材料特殊的物理和化学性能,可以大大提高锂电池的安全性能,从而为大功率锂电池高能量安度且安全可靠充放电提供了可能。
  §优势二:高纯氧化铝还具有非常优良的导热性能,电池温度过高里,这种材料可以很好地进行热量传导,从而解决了PP/PE材料导热性差的问题。
  §优势三:高纯氧化铝材料还具有优良的阻燃性,这是因为高纯氧化铝材料本身就是非常优良的阻燃剂,即使因为温度过高,达到燃烧零界点点,该材料的良好的阻燃性能会阻止大范围的燃烧甚至bao炸。
应用特性:
§.纳米氧化铝用作锂电池电极涂层,可以有效的起到隔热,绝缘的作用,提高安全性能。
§.纳米氧化铝应用于改性进尖晶石锰酸锂材料,生产出的电池可逆容量达到107mAh/克,55C循环200次, 容量保持率大于90%,优于国际同类产品水平,是国内第一个可用于用高功率锂离子电池的材料。
  §.随着锂离子充电电池容量的不断提高,内部蓄积的能量越来越大,内部温度会提高,有可能出现温度过高使负极隔膜被融化而造成短路;如果在隔膜上涂上一层纳米氧化铝涂层,就能避免电极之间短路,提高锂电池使用的安全性。
使用方法:
粉体需搅拌研磨成分散液,按一定的比例做成涂料,用涂布机涂到锂电池隔膜上;液体可直接用涂布机涂到隔膜上,涂层厚度一般在2-3um.
  储存方法:密封保存,置于阴凉干燥处存放。
  包装:25kg/
四、锂电池专用纳米二氧化钛
纳米二氧化钛是一种很优异的锂电池原料,因为纳米二氧化钛具有嵌锂容量大,毒性
小且能耗低,稳定性好、比容量大、循环稳定性好,没副反应,高环保等特性,作为
负极材料具有明显的优点。另外,纳米二氧化钛由于光稳定、无毒等性能,已成为研
究生产光电太阳能转换电池使用最普遍的材料。
主要技术指标:
  
项目
  
指标
型号
VK-T30D    189 5800 7459
纳米二氧化钛外观
白色粉末
PH 值
6-8
水份, %(105,2hr干燥失重)
≤0.5
平均原级粒径, nm
25
纳米二氧化钛含量,%
≥99.8
表面处理剂
0.1% 电池专用处理剂
比表面积, m/g
50-220
应用特点:
1、在锂电池中,纳米二氧化钛具有极好的高倍率性能和循环稳定性,快速充放电性能和较高的容量,脱嵌锂可逆性好等特点,在锂电池领域具有很好的应用前景。
1)纳米二氧化钛能有效降低锂电池的容量衰减,增加锂电池稳定性, 提高电化学性能。
2)提高电池材料的首次放电比容量。
3)降低了LiCoO2在充放电过程中的极化,使材料具有更高的放电电压及更平稳的放电效果。
4)适量的纳米二氧化钛可以疏松状存在,降低了粒子间应力及循环过程中所造成的结构和体积的微小应变,增加电池的稳定性。
2、在化学能太阳能电池中,纳米二氧化钛晶体具有光电转换率高、能很大提高太阳电池的能量转换率、成本廉价、工艺简单及性能稳定的特点。其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的1/5~1/10.寿命能达到20年以上。
3、在镍镉电池中,纳米二氧化钛具有良好的导电性、宽温度工作范围的特点。
用量:建议添加量0.5-2%。
包装 15公斤/纸桶内衬塑料薄膜袋。
五、锂电池专用纳米氧化镁
纳米氧化镁是一种新型纳米微粒材料,外观白色粉末,纯度高、比表面积大,由极细的晶粒组成,无毒、无味、分散性好,相对密度约3.58(25℃)。熔点2852℃,沸点3600℃.难溶于水,不溶于醇,溶于酸或铵盐溶液中。纳米级氧化镁具有明显的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应,经改性处理,无团聚现象,在光学、催化、磁性、力学、化工等方面具有许多特异功能及重要应用价值,前景非常广阔,是21世纪重要新材料。
技术指标:
  
项目
  
指标
型号
VK-Mg30D
氧化镁%
99.9
粒径
30nm
钙ppm <
3
氯化物 ppm <
3
铁ppm <
3
灼烧失量%,<
0.3
比表面m/g
60-100
表面处理剂
锂电池专用处理剂处理
在锂电池中的应用特性
1、在锂电池中的应用
在锂离子蓄电池正极材料中添加适量的纳米氧化镁,所得正极材料拥有大于140mAh/g的可逆放电容量,且循环性能良好。在正极材料中使用可以提高导电性,建议添加量0.3-0.5%。
2、锌镍蓄电池中的应用
通过物理混合的方法在锌负极活性物质中掺入氧化镁,可减少充放电极化、减少循环后期的内阻、提高负板活性物质利用率、延长电池循环寿命,适宜添加量为1.0%wt的氧化镁,且添加量不宜超过2.0%。
3、高氯化锌电池中的应用
在正极活性物质中添加少量的氧化镁可以调节电液酸度,减缓自放电,抑制电池气胀,提高贮存性能,且对提高放电容量及促进浆层糊化有独特的效果。建议添加量 0.5-1%,并调节合适的PH值。
4、镉镍蓄电池中的应用
在镉电极中添加适量的氧化镁、氧化锌和氧化铁可提高活性物质利用率;添加氧化镁,三氧化二铟和氧化锌,可提高密封镉镍蓄电池的荷电保持能力
包装:20公斤/袋。
六、锂电池专用纳米氧化锆
电池专用纳米氧化锆粉体,具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚和很好的球形度。生产中做到了精确控制各组分含量,实现不同组分之间粒子的均匀混合,严格控制颗粒尺寸、形态和结构,保证了产品的质量。利用本品掺杂不同元素的导电特性,在高性能固体电池中用于电极制造。
纳米氧化锆电池由固态氧化锆电解质(绝大部分为钇稳定氧化锆粉体,简称YSZ)和两个铂电极所组成。钇稳定纳米氧化锆粉体因具有较高的氧离子电导率和氧化还原气氛中理想的稳定性,作为一种理想的电解质,在固体氧化物燃料电池领域得到了广泛应用。具有良好的市场应用前景及商业价值。
技术指标:
  
项目
  
指标
型号
VK-R50D
外观
白色粉末
晶相
单斜
ZrO2含量 %
99.99
表面处理剂
电池专用处理剂
灼减%≤
0.85
平均粒径 nm
50-80
应用特性:
1.电池专用纳米氧化锆(YSZ)被广泛用于制作固体氧化物燃料电池(SOFC),氧传感器及微电子设备.
2.电池专用化纳米氧化锆在高温条件下具有较高的氧离子电导率,优良的机械性能以及氧化还原良好的稳定性.
3.电池专用纳米氧化锆覆盖或弥散于合金表面后还可产生活性元素效应,显著改善合金的抗高温氧化性能并大幅度提高氧化膜的粘附性.
4.作为电解质,电池专用作为一种理想的电解质已被广泛地应用于固体氧化物燃料电池中。用于传递反应产生的氧离子,在800~1000摄氏度的高温,离子可以通透陶瓷材料。
5.纳米氧化锆是目前使用最多的电解质材料,YSZ结构和性能的长期稳定对固体氧化物燃料电池系统的可靠性至关重要。
6.用电池专用纳米氧化锆改进制作的氧化锆浓差电池型氧检测器,可以有效的延长产品的使用寿命、提高准确性、减少维护量。
添加量:0.5-10%
包装:25kg/
七、锂电池专用纳米氧化锌
纳米氧化锌是一种n型半导体,其带隙为3.3-3.6eV,室温下激子束缚能为60meV,在常温下纳米氧化锌具良好的发光功能,同时纳米氧化锌也具有光电导性和光催化活性,在纳米器件诸如发光二极管、光电二极管、波导器件、气体传感器和光电池等方面有良好的应用前景。另外,纳米氧化锌制备简单,原料容易获得,且电子在纳米氧化锌薄膜中的输运比较容易,其导带与染料LOMO 更加接近, 因此,纳米氧化锌染料敏化薄膜太阳能电池很有应用潜力。
技术指标
  
检验项目
  
质量标准
型号
VK-J50D
外观
淡黄色粉末
平均粒径, nm
50
比表面积, m/g ≥
30-60
含量, % ≥
99.8
表面处理剂
0.1% 电池专用处理剂
灼烧残渣, % ≤
0.1
产品特性
1、 本品具有非常大的比表面积和多孔洞的特点,有助于吸附更多的染料,广泛应用于染料敏化电池。
2、 用纳米氧化锌制成的“纳米矛(nanospears)”钉在太阳能电池表面,将可扩展其吸收光谱并因此提高太阳能电池的效率。
3、 碱锰电池中的电液加入少量的纳米氧化锌,可以抑制锌负极在电液中的自放电。纳米氧化锌在电解液中的分散越均匀,越有利于控制自放电。
添加量:0.5-2%
装:25公斤/
八、电池专用纳米氧化铁
纳米氧化铁主要采用独特的合成技术和高纯的原料生产,具有纯度高,杂质含量低,粒径小,粒度均匀、耐高温(600℃不变色)、分散性好等优点,目前已广泛使用在磷酸铁锂电池中。
性能指标:
项目               指标
型号             VK-E01D
外观            红色粉末
PH值            6-8
粒径 nm         20-30
比表面积 m2/g   80-90
氧化铁含量 %   ≥ 99.8
盐酸不溶物 %   ≤ 0.02
干燥失重 %     ≤ 0.1
1、磷酸铁锂电池中的应用:
纳米氧化铁作为磷酸铁锂电池的主要成分,无毒、无污染、原材料来源广泛、价格便宜,寿命长等优点,具有优良的循环性能、耐高温性能和安全性能。使用氧化铁材料的锂离子电池,与铅酸电池相比,行驶距离提高,功率增大,时速也提高了。
2、镍镉电池上应用:
作为负极材料的纳米氧化铁主要作用是使氧化镉粉有较高的扩散性,防止结块,并增加极板的容量,使镍镉电池具有良好的大电流放电特性,耐过充放电能力强,维护简单等优点。
包装:25公斤/
九、电池专用纳米二氧化硅
产品简介
本品主要是针对电池的特性,应用国际最先进的纳米技术将纳米二氧化硅进行表面处理制备而成的。产品特点是含量高,粒径均匀,具有很好的活性。在电池中添加一定比例的电池专用纳米二氧化硅(VK-SP15D),可以很大的提高电池电化学性能,比如机械性能、导电率、断裂伸长率、循环性能、寿命等,因此纳米二氧化硅在电池领域具有很高的应用价值。
技术指标
项目               指标
型号              VK-SP15D
外观               白色末状
原生粒径,nm       30±10
比表面积,m2/g     200±30
含量 %            ≥99.8
PH值             4.0-6.5
加热减量,%        ≤1.0
灼烧失重 (%)     ≤1.0
应用特性:
1、 用纳米二氧化硅配制出来的胶体电解液,凝胶能力强,粘度适合的,形成的胶体电解液柔软,触变性好,胶体的三维网络结构适中的,电阻小,放电电流大,电容量高,且不会出现水化分层,还可以大大增加胶体的循环寿命。
2、 在隔板中添加纳米二氧化硅,可以增大孔径,增加胶体电解液总量。有效防止电解液分层,减小腐蚀速度,提高使用寿命。添加纳米SiO2可以提高隔板的拉伸强度,降低隔板的孔径;当隔板所受的压力大于30kPa时,添加纳米SiO2的隔板的吸液量超过纯玻璃棉隔板;
3、 在复合聚合物中添加纳米二氧化硅做成的二次锂电池隔膜具有较高的吸液率、电导率和韧性 ,电解质吸收率达 184.4%,室温电导率为 1.20mS/cm ,断裂伸长率高达 163%。利用含纳米二氧化硅的复合聚合物隔膜装配的二次锂电池的首放比容量为 834.8mAh/g,第 40 次的放电比容量达到 400mAh/g,循环效率达到 99.8%以上 ,表现出良好的电化学性能。
4、 纳米SiO2可以降低聚合物体系的结晶速率,使其更长时间地保持在无定形相状态。
5、 正负极板之间的粒状纳米二氧化硅能保持电池中电解液的一致性和可通过氧气的空穴,显著降低干水故障。
6、 通过原位复合法引入纳米SiO2有利于提高P(VDF-HFP)基微孔型聚合物电解质的电导率。
7、 纳米二氧化硅粒子能吸收液态电解质中的水分,减少了界面反应。
8、 聚合物锂电池中通过添加纳米二氧化硅粉体,可以很大地提高电解质膜 的微观结构及力学、电学等性能,使电解质隔膜具有很好的电导率和机械强度。
建议用量:
0.2-2%,客户科根据实际情况,试验选择最佳添加量。
装:10公斤/
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发表于 2014-4-24 13:46:16 | 显示全部楼层
写的也太详细了
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头像被屏蔽
发表于 2014-4-24 14:47:57 | 显示全部楼层
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发表于 2014-4-24 16:27:45 | 显示全部楼层
顶顶更健康
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 楼主| 发表于 2014-5-14 14:49:38 | 显示全部楼层
掺杂纳米二氧化钛对锂电池正极材料性能的改进明显
实验以钴酸锂为例进行:
作用一:减少氧缺陷的形成,相应的提高材料的结构稳定性。
当电池充至高压时,LiCoO2结构中的大量Co3+将会变成Co4+, Co4+的形成将导致氧缺陷的形成,这将会减弱过度金属与氧之间的束缚力,从而使Co4+溶入电解液中,在LiCoO2里参杂纳米二氧化钛(VK-T30D)之后,在充放电过程中LiCoO2与纳米二氧化钛接触的界面结构将会发生重排,从而减少氧缺陷的形成,相应的提高材料的结构稳定性。
作用二:改善锂电池循环新能
另一方面如果材料直接与电解液接触,强氧化性的Co4+将会与电解液发生反应从而导致容量损失。参杂纳米二氧化钛(VK-T30D)后可避免LiCoO2与电解液直接接触,减少容量损失,从而提高LiCoO2材料的电化学比容量,改善其循环性能。
作用三:减小电池在循环过程中的电阻。
掺杂纳米二氧化钛(VK-T30D)后,锂电池在首次循环中的电阻均比未掺杂的LiCoO2要大;但是10次循环之后, 掺杂后的材料的膜阻抗和电荷传递阻抗都比未掺杂的LiCoO2要小很多。这说明纳米二氧化钛(VK-T30D)掺杂有效减少了LiCoO2 在充放电循环过程中的电化学阻抗, 有利于提高材料的电化学性能。
(实验中数据表明10 次循环,参杂纳米二氧化钛(VK-T30D)的正极材料电荷传递阻抗从31.8Ω降到9.0Ω)
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 楼主| 发表于 2014-5-19 11:12:27 | 显示全部楼层
、在锂电池中,纳米二氧化钛具有极好的高倍率性能和循环稳定性,快速充放电性能和较高的容量,脱嵌锂可逆性好等特点,在锂电池领域具有很好的应用前景。
1)纳米二氧化钛能有效降低锂电池的容量衰减,增加锂电池稳定性, 提高电化学性能。
2)提高电池材料的首次放电比容量。
3)降低了LiCoO2在充放电过程中的极化,使材料具有更高的放电电压及更平稳的放电效果。
4)适量的纳米二氧化钛可以疏松状存在,降低了粒子间应力及循环过程中所造成的结构和体积的微小应变,增加电池的稳定性。
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 楼主| 发表于 2014-5-22 15:54:28 | 显示全部楼层
在锂电池中,纳米二氧化钛具有极好的高倍率性能和循环稳定性,快速充放电性能和较高的容量,脱嵌锂可逆性好等特点,在锂电池领域具有很好的应用前景。
1)纳米二氧化钛能有效降低锂电池的容量衰减,增加锂电池稳定性, 提高电化学性能。
2)提高电池材料的首次放电比容量。
3)降低了LiCoO2在充放电过程中的极化,使材料具有更高的放电电压及更平稳的放电效果。
4)适量的纳米二氧化钛可以疏松状存在,降低了粒子间应力及循环过程中所造成的结构和体积的微小应变,增加电池的稳定性。
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 楼主| 发表于 2014-6-27 08:58:35 | 显示全部楼层

掺杂纳米二氧化钛对锂电池正极材料性能的改进明显
实验以钴酸锂为例进行:
作用一:减少氧缺陷的形成,相应的提高材料的结构稳定性。
当电池充至高压时,LiCoO2结构中的大量Co3+将会变成Co4+, Co4+的形成将导致氧缺陷的形成,这将会减弱过度金属与氧之间的束缚力,从而使Co4+溶入电解液中,在LiCoO2里参杂纳米二氧化钛(VK-T30D)之后,在充放电过程中LiCoO2与纳米二氧化钛接触的界面结构将会发生重排,从而减少氧缺陷的形成,相应的提高材料的结构稳定性。
作用二:改善锂电池循环新能
另一方面如果材料直接与电解液接触,强氧化性的Co4+将会与电解液发生反应从而导致容量损失。参杂纳米二氧化钛(VK-T30D)后可避免LiCoO2与电解液直接接触,减少容量损失,从而提高LiCoO2材料的电化学比容量,改善其循环性能。
作用三:减小电池在循环过程中的电阻。
掺杂纳米二氧化钛(VK-T30D)后,锂电池在首次循环中的电阻均比未掺杂的LiCoO2要大;但是10次循环之后, 掺杂后的材料的膜阻抗和电荷传递阻抗都比未掺杂的LiCoO2要小很多。这说明纳米二氧化钛(VK-T30D)掺杂有效减少了LiCoO2 在充放电循环过程中的电化学阻抗, 有利于提高材料的电化学性能。
(实验中数据表明10 次循环,参杂纳米二氧化钛(VK-T30D)的正极材料电荷传递阻抗从31.8Ω降到9.0Ω)
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