纳米技术论文
纳米技术论文

纳米技术简介纳米技术(Nanotechnology)是指在纳米尺度下进行材料和设备加工、组装与制造的一种新型技术。
纳米尺度是指物质尺寸在1到100纳米之间,也就是说它的尺寸只有原来物质尺寸的1/100000,对应到人类的尺度,就像是将一个头发的直径缩减到现在的1/100000,可以说十分微小。
纳米技术可以调控和控制物质的结构和性质,开辟了材料科学、生物学、物理学、化学和工程学等多个领域的新途径和新空间。
纳米技术的历史纳米技术的概念最早可以追溯到1959年美国物理学家Richard Feynman在一次著名的演讲中提出的“有趣的可能性”。
然而,直到1981年,IBM科学家Gerd Binning和Heinrich Rohrer成功地发明了扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope),才真正实现了对纳米颗粒的观测和实验,并使纳米技术的研究成为可能。
从那时起,纳米技术在各个领域得到了迅速发展。
纳米技术在材料科学中的应用纳米材料的制备纳米材料的制备是纳米技术的重要研究方向之一。
传统的材料制备方法往往难以得到均匀的纳米颗粒,而纳米技术通过控制反应条件、添加表面活性剂等手段,可以制备出尺寸均一、性能稳定的纳米材料。
常见的纳米材料制备方法包括溶胶-凝胶法、气相法、水热法等。
纳米材料的性能调控纳米材料具有很高的比表面积和尺寸效应,因此具有许多其他材料所不具备的特殊性质。
纳米技术可以通过调控纳米材料的尺寸、形状和表面结构等因素,来改变纳米材料的各种性能。
例如,通过调控纳米颗粒的尺寸可以改变其吸光性能,从而实现光催化分解有害物质的应用。
纳米传感器纳米技术在传感器领域有着广泛的应用。
纳米传感器可以利用纳米材料的特殊性质,对微小的物质浓度变化进行检测。
例如,纳米传感器可以通过改变材料的电阻、荧光等性质,来实现对特定物质的高灵敏度检测。
纳米传感器在环境检测、生物医学和食品安全等领域有着重要的应用前景。
[纳米材料与纳米技术论文]纳米技术的应用论文
![[纳米材料与纳米技术论文]纳米技术的应用论文](https://img.taocdn.com/s3/m/b21e9c57a26925c52cc5bfc9.png)
[纳米材料与纳米技术论文]纳米技术的应用论文纳米材料是处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的超精细颗粒材料的总称,下面小编给大家分享一些纳米材料与纳米技术论文,大家快来跟小编一起欣赏吧。
纳米材料与纳米技术论文篇一纳米材料的生物安全性摘要:随着纳米科技的迅猛发展,纳米材料得到广泛应用。
本文通过对其生物安全性问题的提出及现今我国面临的问题的分析,希望纳米科技可以得到更好的发展以及纳米材料能更好地应用于生活的各个领域。
关键词:纳米材料;生物安全;应用中图分类号:G301 文献标志码:A 文章编号:1674-932409-0082-02一、什么是纳米材料纳米材料是处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的超精细颗粒材料的总称,根据物理形态划分,纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。
由于纳米尺寸的物质具有与宏观物质所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应等,因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。
1984年,德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。
1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上,正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。
二、纳米材料生物安全性问题的提出进入21世纪以来,纳米科技发展迅猛,大规模生产的各种人造纳米材料已经在生活消费品和工业产品中广泛使用。
据统计,纳米材料已经应用在近千种消费类产品中,来提高原有的功能或获得崭新的新功能,包括化妆品、食品、服装、生活日用品、医药产品等领域。
然而,近年来的研究发现,由于小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等,纳米材料具有很强的“双刃剑”特性,即在提高原有材料功能同时也存在巨大的安全风险。
例如,美国科学家让一组小鼠生活在含20纳米特氟隆颗粒的空气里,结果小鼠在4小时内全部死亡;而另一组生活在含120纳米特氟隆颗粒的空气里的小鼠,却安然无恙。
纳米技术的论文(精选五篇)

纳米技术的论文(精选五篇)第一篇:纳米技术的论文纳米技术在新型建筑材料中的应用纳米技术作为一门新兴的技术,在多个范畴具有十分重要的应用,特别是极大地推进了新型建材的开展,引见了纳米技术在新型建筑涂料、复合水泥、自洁玻璃、陶瓷、防护资料等方面的应用,经过阐述可知,纳米资料在新型建材范畴具有很好的开展应用前景。
纳米技术;新型建材;应用;前景 1 纳米涂料的应用通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差,耐老化、耐洗刷性差,光亮度不够等缺陷。
而纳米涂料则能较好的处理这一问题,纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性,可以弥盖墙体细小裂痕,具有对微裂痕的自修复作用。
(2)具有很好的防水性,抗异物粘附、沾污性能,抗碱、耐冲刷性。
(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。
(4)纳米涂料的色泽鲜艳温和,手感温和,漆膜平整,改善建筑的外观等。
固然国内外对纳米涂料的研讨还处在初步阶段,但是已在工程上得到了较普遍的应用,如北京纳美公司消费的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷,效果良好。
在首体改造工程中,运用纳米涂料1700吨,涂刷6万平方米。
复旦大学教育部先进涂料工程研讨中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。
2 纳米水泥的应用普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小,同时其本身也存在一些固有的缺陷,使其在运用过程中不可防止地产生开裂并毁坏。
为理解决这一问题就必需加速对具有特殊性能混凝土的研发,而纳米混凝土就能有效的处理这样问题,纳米混凝土,与普通混凝土相比,纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显着进步,同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能,因此可用于一些特殊的建筑设备中(如国防设备)。
通常在普通混凝土中参加纳米矿粉(纳米级SiO2、纳米级CaCO3)或者纳米金属粉末已到达纳米混凝土的性能,而且经过改动纳米资料的掺量还能配置出防水砂浆等。
目前开发研制的纳米水泥资料包括纳米防水复合水泥,纳米敏感水泥、纳米环保复合水泥以及纳米隐身复合水泥。
纳米技术应用论文

浅析纳米技术的应用摘要:随着科技的发展,使得我们对事物的认识的越来越透彻,越来越细致。
纳米技术便出现了,本文主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述从而有更全面的认识。
关键词:纳米材料纳米技术技术应一、纳米的发展历史纳米(nm)是数学上的一种长度单位,1纳米约是10-9米(十亿分之一米),对宏观物体来说,纳米是一个非常细小的单位,比如,人的头发丝用纳米表述其直径一般为7000-8000纳米,人体红细胞的直径一般为3000-5000纳米,多数病毒的直径也只是几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃。
一般认为纳米材料应该包括两个基本条件:一是材料的特征尺寸在1-100nm之间,二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
二、纳米技术在防腐中的应用纳米涂料必须满足两个条件:一是有一相尺寸在1~100nm;二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。
纳米涂料性能改善主要包括:第一、施工性能的改善。
利用纳米粒子粒径对流变性的影响,如纳米sio2用于建筑涂料,可防止涂料的流挂;第二、耐候性的改善。
利用纳米粒子对紫外线的吸收性,如利用纳米tio2、sio2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等;第三、力学性能的改善。
利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力,可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。
纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径,目前用于涂料的纳米材料最多的是sio2、tio2、caco3、zno、fe2o3等。
但并不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能,需要经过大量的实验研究工作,才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒,但由于目前技术原因,性能并不理想,加上价格太过昂贵,难以全面推广;而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。
纳米技术结课论文

浅谈纳米技术在隐身材料制备方面的应用摘要: 在人类发展的历史中,隐身的人类长久以来的一个大胆而美好的创想,但受限于我们的认知和科技的水平,对于隐身方面的研究还仅仅只是存在于人们天马行空的想象中而很少能付诸实践。
但20世纪以来,科学技术在各方面都取得了长足的进展,在隐身材料制备方面的也取得了不小的成就。
本文将从目前比较先进的纳米技术入手讨论其在纳米隐身材料制备方面的应用,通过介绍纳米隐身材料的特性和吸波机理,以及国内外纳米隐身材料的研究进展情况,并对纳米隐身材料今后的发展方向进行了展望。
关键词:纳米技术;隐身材料;吸波机理;发展展望一、研究背景与意义:随着电子科技的迅速发展,雷达,毫米波,红外,激光,声波等探测技术趋于成熟,使得未来战场上武器系统特别是一些大型的作战武器,如飞机、坦克、导弹、舰艇等所面临的威胁日益增加。
为了提高在战场上的生存能力、防御能力和攻击能力的隐身技术普遍受到了世界各国的高度重视。
在二战期间,各国为了降低特征信号以提高飞机生存能力强烈需求的推动下纷纷开展隐形材料的制备,并取得一定的成就,像美国F-117 A“夜鹰”隐形飞机的诞生。
隐身技术的发展关键在于隐身材料技术的发展。
现代化的战争对吸波材料的性能提出了越来越高的要求,一般传统意义的吸波材料已经很难满足薄、轻、宽、强的综合要求,各国都在积极开发新型的吸波材料。
纳米隐身材料是目前隐身材料研究中一个非常活跃的热点,纳米材料具有很多与众不同的特异性能,主要表现为具有纳米尺寸效应、宏观量子隧道效应、界面效应、纳米非均匀性等特点,使其在光、电、磁等物理方面具有独特的性质,可导致微波的高磁导率、高磁损耗,实现微波的宽频带强吸收,而且具有兼容性好、质量轻、厚度薄等特点,是一种具有很大发展潜力的新一代隐身材料。
二、纳米技术的材料特性及吸波机理:1.纳米技术材料特性:纳米材料是指材料组分的特性尺寸在纳米量级(1~100nm)的材料,纳米隐身材料是指以磁性纳米材料或结构为主体构成的一种复合型隐身材料,由于结构和组成的特殊性,纳米隐身材料具有一些独特的特,主要体现在以下几个方面:( 1 ) 特性尺寸在1~l00 nm之内,低于微波频段趋肤深度,可以避开趋肤效应的制约。
纳米技术作文(7篇)

纳米技术作文(7篇)英文回答:Nanotechnology is a rapidly advancing field that involves manipulating matter at the atomic and molecular level. It has the potential to revolutionize various industries, including medicine, electronics, and energy. In this essay, I will discuss the benefits and challenges of nanotechnology, as well as its impact on society.One of the major advantages of nanotechnology is its potential to improve healthcare. Nanoparticles can be used for targeted drug delivery, allowing medications to be delivered directly to the affected cells or tissues. This can enhance the effectiveness of treatments while minimizing side effects. For example, researchers are developing nanoparticles that can deliver cancer drugs directly to tumor cells, reducing the damage to healthy cells.Another area where nanotechnology shows promise is in electronics. Nanoscale materials can be used to create smaller, faster, and more efficient electronic devices. For instance, nanoscale transistors can be integrated into computer chips, allowing for higher processing speeds and increased memory capacity. This has led to the development of smaller and more powerful smartphones, laptops, and other electronic gadgets.However, nanotechnology also presents challenges and concerns. One of the main concerns is the potential environmental impact of nanomaterials. Since nanoparticles are so small, they can easily enter the environment and potentially harm ecosystems. For example, if nanoparticles used in sunscreen products are released into water bodies, they could have detrimental effects on aquatic life. Therefore, it is crucial to conduct thorough research on the environmental impact of nanomaterials and develop appropriate safety measures.In addition, there are ethical considerations surrounding the use of nanotechnology. For instance, theuse of nanobots in medicine raises questions about privacy and autonomy. If nanobots are used to monitor anindividual's health, who has access to this information? How can we ensure that individuals have control over their own bodies? These are important questions that need to be addressed as nanotechnology continues to advance.Despite these challenges, nanotechnology has the potential to greatly benefit society. It can lead to advancements in renewable energy, such as more efficient solar panels and energy storage devices. It can also revolutionize manufacturing processes, making them more sustainable and environmentally friendly. For example, nanotechnology can be used to develop lightweight and strong materials for transportation, reducing fuel consumption and carbon emissions.In conclusion, nanotechnology holds immense potential for improving various aspects of our lives. It can revolutionize healthcare, electronics, energy, and manufacturing. However, it is important to address the challenges and ethical concerns associated withnanotechnology. By doing so, we can harness its benefits while ensuring its responsible and sustainable use.中文回答:纳米技术是一门快速发展的领域,涉及到在原子和分子水平上操纵物质。
纳米技术与应用论文

纳米技术与应用论文第一篇:纳米技术与应用论文纳米技术与应用Nano technology and application 学号:2012093207 金月Student number: 2012093207 Jinyue摘要:纳米技术是20世纪80年代末期诞生并迅速崛起的新技术,它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子,创造新物质。
纳米(nm)是一个长度单位,纳米体系(通常界定为1~100nm的范围)就在其中。
这一体系既不完全适合于描述宏观领域的牛顿经典力学规律,又不完全适合于描述微观领域的量子力学规律,它表现出了许多独特的性能,需要用全新的理论、方法和表征手段在纳米尺寸范围内认识和改造自然,这就是纳米科技。
纳米科技主要包括:纳米物理、纳米化学、纳米材料、纳米生物纳米电子等分支学科,它们之间既相互独立,又相互联系。
目前,各个分支领域都取得了令人瞩目的成果,纳米科技正处于重大突破的前期。
关键词:新技术纳米科技应用Abstract: nanotechnology is born in the late 1980 s and rapid rise of the new technology, its basic meaning is within the scope of nano-sized understanding and reforming nature, through direct manipulation and arrangement of atoms, molecules, create new material.Nanometers(nm)is a unit length, nanometer system(usually defined as the range of 1 ~ 100 nm)among them.This system is not completely suitable for describe the macroscopic field of Newton's law of classical mechanics, and not entirely suited to describe the microscopic quantum mechanics in the field of law, it shows many unique properties, need to use new theories, methods and characterization methods in the nanometer size within the scope of understanding and reforming nature, this is the nano science and technology.Nano science andtechnology mainly includes: physics, chemistry, nano material, nano biological nanometer electronic branch, between them, is mutually independent and contact each other.At present, have made remarkable achievements in various subfields, nano science and technology is a major breakthrough in the early.Key words: new technology nanotechnology applications中国是世界上少数几个最先开展纳米科技研究的国家之一。
纳米技术的作文450

纳米技术的作文450
英文回答:
Nanotechnology is a fascinating field that involves manipulating matter on an atomic and molecular scale. It has the potential to revolutionize many industries, from medicine to electronics. For example, in medicine, nanotechnology can be used to deliver drugs directly to cancer cells, minimizing the side effects of treatment. In electronics, nanotechnology can lead to the development of smaller and more efficient devices, such as nanocomputers and nanosensors.
中文回答:
纳米技术是一个非常迷人的领域,它涉及在原子和分子尺度上操纵物质。
它有潜力彻底改变许多行业,从医学到电子。
例如,在医学领域,纳米技术可以用于将药物直接输送到癌细胞,最大程度减少治疗的副作用。
在电子领域,纳米技术可以导致开发更小更高效的设备,比如纳米计算机和纳米传感器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
锂离子电池纳米材料研究进展Progress of Lithium-ion Battery in Nano-scale Material魏雨(材料科学与工程学院无机非金属材料系090611114)摘要锂离子电的核心是选择高能储锂电极材料,纳米材料以其独特的物理化学性能应用作为锂离子电池电极材料,具有减小极化,增大充放电电流密度,提高放电容量和循环稳定性等优点,有利于高性能、高容量和高功率电池的发展。
纳米电极材料具有非常广阔的应用前景,但目前已有的研究基本处于实验开发阶段,且主要集中在制备方法上,其微观结构和电化学性能沿需进一步研究探讨。
关键词锂离子电池纳米材料研究方向Abstract The main task in Lithium-ion battery research is how to find out the material with high storage Lithium. Nano-scale material is used to be the positive electrode of Lithium-ion battery for its special physical and chemical performances. In this paper, the applying actuality of Nano-scale anode and cathode materials of Lithium-ion battery are introduced. The performances and the preparation methods of the materials are also recommended.Key words Lithium-ion battery, nano-scale material, electrochemistry performance 1.电极锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。
优点:更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力,提高循环寿命;可发生在块体材料中不可能出现的反应;更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率;短的电子输运路径(允许在低电导或高功率下使用);短的锂离子传输路径(允许在低锂离子传导介质或高功率下使用)。
缺点:高比表面积带来的不可预期的电极/电解液反应增加,导致自放电现象,差的循环性能及寿命;劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低,除非开发出一种特殊的压缩工艺,否则会限制它的应用;电极合成过程可能会更加复杂。
认识了这些优缺点,人们已经加大在负极材料及最近展开的正极材料的研发力度。
2.负极2.1 活泼/惰性纳米复合(active/inactive composite)概念该方法包含了两种材料的混合,一种与锂反应,另一种作为惰性的局域缓冲。
在这种复合材料中,活泼相纳米级金属团簇被包裹在惰性非晶相基体中,在嵌锂过程中很好地消除了产生的内应力,从而提高了合金化反应的可逆性。
将这一概念应用到不同的体系中,结果显示这些电极极大地提高了锂电池的循环性能。
1999年ou Mao等发现机械合金化得到的Sn基复合材料Sn-Fe-C存在Sn2Fe和SnFe3C两相,前一相中的Sn可以与Li发生反应因而被称为活泼相,而后一相却几乎不发生嵌锂反应因而被称为惰性相。
在两相的协调作用下,循环80次容量几无降低。
Si-C纳米复合材料亦有类似功能,2004年Novak,P等在日本召开的锂电池会议中宣布其Si-C纳米复合材料电极循环100次后比容量仍高达1000mAh/g,因而受到了非常的注目。
2005年3月份,Advanced Materials发表了对TiO2-B纳米管或纳米线的研究成果(B表示TiO2的类型而非硼元素)。
这种材料可由简单的水相合成途径大量合成,直径在40-60nm之间,长度可达数微米。
多晶TiO2-B纳米管是一种优秀的锂嵌入载体,插锂电位在1.5-1.6V,形成Li0.91TiO2-B(305mAh/g),具有优异的可逆循环容量(循环100次后容量几无降低)。
有意思的是,它的比容量要优于同种相的直径跟纳米线直径相仿的纳米粒子。
2003年Green, M等发现表面纳米柱磁电极因尺寸限制改变了颗粒的形变行为,减少了断裂的产生,同样显示了优异的可逆容量(循环50次后大部分柱状结构仍保持原样)。
人们研究发现纳米碳管的充放电容量可以超过石墨嵌锂化合物理论容量的一倍以上。
Z. H. Yang[8]发现用化学气相沉积法制备的纳米碳管容量可达700mAh/ g,Frackowia[9]用Co/ 硅胶为催化剂在900 ℃下催化分解乙炔气体得到的纳米碳管的首次嵌锂容量达到952mAh/ g。
但同时也发现与其它碳材料相比,纳米碳管作为负极材料不仅存在电位滞后,而且存在明显的双电层效应。
2.2 颗粒度的降低拓宽了人们对电极材料的选择范围纳米尺寸研究上的突破可能会迅速地改变人们对无机材料的化学/电化学反应原有的认识,原以为不满足传统锂插层标准而被否决的材料现在却值得重新思考了。
这来自于2003年Larcher, D等所做的关于宏观&纳米级赤铁矿颗粒与锂的反应活性的对比实验[10]。
纳米级赤铁矿颗粒(直径20nm)在可逆插锂过程中容量达0.6Li per Fe2O3,而无相变发生;大颗粒赤铁矿(直径1-2um)当插锂容量达到0.03 Li per Fe2O3时便发生不可逆相变。
3.正极3.1纳米正极材料使用中的稳定性问题仍待解决人们对正极材料的研究远不如纳米负极材料研究得透彻。
传统正极材料如LiCoO2,LiNiO2以及它们的固溶体纳米粒子的使用致使与电解液的反应大大增强,特别是在高温区,从而出现了在微米级别正极材料的使用中未尝遇到过的安全性问题,如Mn的溶解,Jahn-Teller效应,极化增大等。
为了解决这些问题,研究人员进行了大量的研究,其研究方向主要有:优化设计合成方法、掺杂、进行表面改性、优化电解液来改善LiMn2O4 和电解液的相容性等。
郑雪萍等在今年的《稀有金属快报》上对LiMn2O4循环稳定性衰减的原因进行了分析并对当然的解决办法作了较好的综述。
3.2调整电极材料形貌是增强电极容量的重要途径2000年Dong, W等报道的V2O5气溶胶(无规非晶高孔容材料)比多晶无孔的V2O5粉末具有更大的电活性容量。
这些气溶胶与电解液有很大的接触面积,可以支持高频工作,尽管由于过程中结构的改变或非常易发生反应的表面官能团导致循环性能成为一个问题。
3.3 插锂反应并不排斥相变的发生传统观点认为要保持锂电池快速可逆的电极反应,必须使用插层化合物作为电极,而且,插锂过程中不能发生相变,即插锂过程是连续的固溶过程。
然而,有越来越多的例子表明,尽管有相变的发生,锂的嵌入仍是很容易的,如LiCoO2 和Li4Ti5O12,特别是最终两相有较强的结构相似性时(如,只有Li的排序不同)。
2001年Robertson, A.D.等发现具有α-NaFeO2结构的层状LiMnO2发生相变转变为立方尖晶石结构时具有很好的循环性能,有>99.9%的容量恢复。
该体系是靠开发出的具有纳米结构的微米级颗粒的相变来释放应力的。
尖晶石纳米畴在立方和四方结构之间来回转变,所产生的应力则由畴壁的滑移而释放。
纳米畴是在层状到尖晶石结构转变时形成。
后来人们发现这样的纳米结构可以通过研磨的方法来实现到尖晶石结构的相变,也同样得到了循环性能的增强。
此外,碳包裹纳米粒子的制备使所选择的材料不再需要好的电导性能,也不再需要高的锂扩散系数,从而进一步拓宽了电极材料的选择范围。
4.材料锂离子电池是物理学、材料科学和化学等学科研究的结晶。
锂离子电池所涉及的物理机理,目前是以固体物理中嵌入物理来解释的,嵌入(intercalation)是指可移动的客体粒子(分子、原子、离子)可逆地嵌入到具有合适尺寸的主体晶格中的网络空格点上。
电子输运锂离子电池的正极和负极材料都是离子和电子的混合导体嵌入化合物。
电子只能在正极和负极材料中运动[4][5][6]。
已知的嵌入化合物种类繁多,客体粒子可以是分子、原子或离子.在嵌入离子的同时,要求由主体结构作电荷补偿,以维持电中性。
电荷补偿可以由主体材料能带结构的改变来实现,电导率在嵌入前后会有变化。
锂离子电池电极材料可稳定存在于空气中与其这一特性息息相关。
嵌入化合物只有满足结构改变可逆并能以结构弥补电荷变化才能作为锂离子电池电极材料。
控制锂离子电池性能的关键材料——电池中正负极活性材料是这一技术的关键。
4.1正极材料的性能和一般制备方法为了获得较高的单体电池电压,倾向于选择高电势的嵌锂化合物。
正极材料应满足:1)在所要求的充放电电位范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;2)温和的电极过程动力学;3)高度可逆性;4)全锂化状态下在空气中的稳定性。
研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物及复合两到三种M(M为Co,Ni,Mn,V等过渡金属离子)的类似电极材料上。
作为锂离子电池的正极材料,Li离子的脱嵌与嵌入过程中结构变化的程度和可逆性决定了电池的稳定重复充放电性从应用前景来看,寻求资源丰富、价廉、无公害,还有在过充电时对电压控制和电路保护的要求较低等优点的,高性能的正极材料将是锂离子电池正极材料研究的重点,现在磷酸铁锂成为最有希望的材料。
另外,国外有报道LiVO2亦能形成层状化合物,可作为正极电极材料[9]。
从这些报道看出,虽然电极材料化学组成相同,但制备工艺发生变化后,其性能改变较多。
成功的商品化电极材料在制备工艺上都有其独到之处,这是国内目前研究的差距所在。
各种制备方法优缺点列举如下。
1)固相法一般选用碳酸锂等锂盐和钴化合物或多元化合物研磨混合后,进行烧结反应[10]。
此方法优点是工艺流程简单,原料易得,属于锂离子电池发展初期被广泛研究开发生产的方法,国外技术较成熟;缺点是所制得正极材料电容量有限,原料混合均匀性差,制备材料的性能稳定性不好,批次与批次之间质量一致性差。
2)络合物法用有机络合物先制备含锂离子和钴或钒离子的络合物前驱体,再烧结制备。
该方法的优点是分子规模混合,材料均匀性和性能稳定性好,正极材料电容量比固相法高,国外已试验用作锂离子电池的工业化方法,缺点是材料振实密度低,生产使用困难。
3)溶胶凝胶法利用上世纪70年代发展起来的制备超微粒子的方法,制备正极材料,该方法具备了络合物法的优点,而且制备出的电极材料电容量有较大的提高,属于正在国内外迅速发展的一种方法。
缺点是成本较高,技术还属于开发阶段[11]。
4)离子交换法Armstrong等用离子交换法制备的LiMnO2,获得了可逆放电容量达270mA·h/g高值,此方法成为研究的新热点,它具有所制电极性能稳定,电容量高的特点。