【精品】纳米材料与技术在智能电网储能用二次电池中应用基础研究
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1 / 26 项目名称： 纳米材料与技术在智能电网储能用二次电池中应用基础研究
首席科学家： 陈军南开大学
起止年限： 2010.9至2015。9
依托部门： 教育部天津市科委 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
2 / 26 二、预期目标
(一）总体目标：
在纳米电极材料的设计理论、制备技术、表征方法以及电极反应机理等基础理论方面取得重要突破。通过研究纳米电极材料的组成、微结构、表面/界面性质等对其电化学性能的影响规律，揭示纳米结构中电极反应机理，离子输运、电子传导及能量传输的新规律及其演化过程，考察纳米材料在二次电池应用中的失效机理与安全性能。实现关键纳米材料的高效、低成本合成制备，达到1000kg级的工业批量制备能力。针对智能电网中储能技术发展，研制新型铅酸电池和锂离子电池，与现有同类电池相比,循环寿命提高50％以上。优化储能系统，使系统使用寿命满足要求，储能用新型新型铅酸电池能量密度达到40～50Wh/kg，新型锂离子电池能量密度达到160~200Wh/kg,为新能源利用提供研究基础。同时，利用源头创新，获得具有自主知识产权的新型二次电池纳米材料与技术，创建新型二次电池纳米材料研究创新团队与国际合作科研平台,促进我国智能电网与可再生能源的发展。
（二）五年预期目标:
在项目实施的5年内，预期取得如下目标:
1)通过材料计算与模拟,结合凝聚态物理、量子化学、统计力学和分子动力学等知识，从分子水平设计智能电网储能系统所需新型纳米电极和电解质材料，资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
3 / 26 预测材料的稳定性，电子电导率，以及氧化还原电位等热力学和动力学性能,研究出具有高稳定性、高离子/电子输运能力的三维电极的设计方法，资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
3 / 26 指导二次电池关键材料微纳化合成及可控生长。
2)发展高效的形貌控制合成方法。通过调控材料的结构、制备方法、表面结构、颗粒大小以及形貌等因素，获得高活性及高结晶性PbO2微纳正极材料、长寿命纳米多孔碳及铅碳负极负极材料、新型聚阴离子型高功率纳米正极材料、高安全性和长寿命纳米负极材料、胶态电解质纳米添加剂等，提升新型铅酸电池和锂离子电池的电化学性能。
3)发展新型二次电池体系,探索新型铅酸电池、锂离子电池、电解液循环型锂/镁电池、镁二次电池，基于水溶液电解质和固体电解质的新型二次电池原理与技术。与现有同类电池相比,循环寿命提高50％以上。以新型锂离子电池为例，正极、负极材料的可逆充放电容量将由目前商品化的120-160mAh/g和300mAh/g均提高20％以上，电极循环寿命等得到全面提升。
4）发展新型纳米材料的测试表征方法。采用多种实验技术，有针对性地发展相应的非原位或原位（在线）的表征分析技术，电化学反应机制与诊断新技术,从微观层次研究并指导纳米电极材料表面/界面设计、调控及性能提升，探明电池失效机制并提出改进对策.
5）发展适合二次电池关键纳米电极材料的低成本、规模化制备技术，以及由纳米电极材料、功能性电解质/电解液纳米添加剂、多维微纳电极结构到成品电池的组装技术.对于纳米电极材料，达到1000kg级的工业批量制备能力，同时对纳米电极材料的安全性及生态环境影响进行评估。 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
4 / 26 6）针对智能电网中储能技术发展，研制新型铅酸电池和锂离子电池。与现有同类电池相比，循环寿命提高50%以上。资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
4 / 26 优化储能系统，使系统使用寿命满足要求，储能用新型铅酸电池和新型锂离子电池的能量密度分别达到40～50Wh/kg和160～200Wh/kg。建立智能电网中二次电池储能系统的安全性能预测方法。综合分析二次电池在其生命周期内的储能技术特性，包括二次电池体系及其关键材料在储能电站工况环境下可能存在的问题、失效机制及循环利用方式，电池性能一致性、电池系统集成和应用技术等，探索影响其性能、寿命、可靠性的关键因素，建立相关材料设计原理和能量综合及系统性能评价、管理控制和适应环境的新模式和新方法.
7）形成系列具有自主知识产权的新型锂/镁二次电池体系及专利技术、发表系列高质量有影响的研究论文。部分成果计划在五年内发表SCI论文200篇左右，申请发明专利40-50项，努力争取1~2项研究成果转化。同时，加强优秀中青年人才和创新团对的培养，形成一支高水平、在国际上有影响、有竞争力的创新型研究群体.资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
5 / 26 三、研究方案
（一）学术思路:
本研究围绕纳米电极材料中离子、原子与分子扩散迁移和电子传输及能量转化机理、纳米材料的表面、界面结构优化及多相、多尺度结构与电化学反应过程的热力学和动力学调控、化学能/电能转化与储存的关键纳米器件及系统多场耦合的能量传递与控制三个关键科学问题而展开，遵循新型高容量二次电池纳米电极材料设计→微纳结构分析和调制→电化学性能优化→新型二次电池→工程放大应用基础的研究主线，系统开展纳米材料和技术在智能电网储能用二次电池中的基础和应用基础研究，研制出具有长寿命、高功率、大容量、低成本、安全可靠、快速响应等特点的高能二次电池材料及体系。
整个项目以国家需求为导向，以纳米电极材料可控制备为基础，以纳米电极结构调控与电池性能优化为主线，以铅酸和锂离子电池(组）在智能电网储能中应用为目标。项目将分成四个课题开展工作：
1. 二次电池关键材料微纳化及性能提升规律；
2. 纳米技术与新型Li/Mg二次电池；
3. 纳米电极材料失效机理与安全性能；
4. 二次电池纳米材料规模化制备与智能电网储能应用。
项目的组织实施将围绕关键科学问题，注重基础研究，发展关键技术。各课题之间既相互联系,又相互交叉,重视课题间前后衔接和团队攻关，资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
6 / 26 构成一个有机的整体。整个方案关联图示如下：
（二)技术途径:
根据上述学术思想和拟开展的主要研究内容,本项目将主要采取以下技术路线开展研究工作，如图所示:
1、理论计算
科学问题1 科学问题2 科学问题3 课题二 课题一
课题三 课题四 资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
7 / 26 从智能电网对储能技术要求的科学基本原理出发，采用第一性原理和分子动力学模拟等方法，设计高能量密度、低成本的新型二次电池纳米材料.预测材料的稳定性，电子电导率，以及氧化还原电位等热力学和动力学性能，避免实验的盲目性和重复性。
2、关键材料微纳化合成
通过等离子体、气相蒸发转移、固相合成、液相合成、水热或溶剂热、化学气相沉积等物理和化学合成技术，发展高效的形貌控制合成方法。通过二次电池关键材料微纳化，实现从小分子纳米尺寸的有限多核分子聚集体、分子容器，到微纳结构器件的多相、多尺度结构可控定向合成、制备和剪裁,达到电极材料的可控设计、合成.通过调控材料的结构、制备方法、表面结构、颗粒大小以及形貌等因素，提升电极材料的电化学性能。
3、组织结构分析
运用X射线/中子衍射、拉曼光谱、红外光谱、核磁共振、电子显微分析、高分辨透射电镜（TEM)、失重—差热-质谱(TG-DSC—MS）等材料分析手段和电化学分析手段,有针对性地发展相应的非原位或原位（在线）的表征分析技术,从微观层次研究离子/电子传输过程及其相互耦合的过程中，纳米电极材料形貌和结构的变化等因素,揭示电极表面/电解质界面结构与性能的内在联系和规律，探明导致电池失效的机理，获得二次电池关键材料微纳化的性能提高规律，提出新型二次电池储能系统设计的新途径及相关理论。探讨二次电池关键材料循环利用的方式.
4、研究新型二次电池新体系资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
8 / 26 探索新型铅酸电池、锂离子电池、电解液循环型锂/镁电池、镁二次电池、基于水溶液电解质和固体电解质的新型二次电池原理与技术，系统研究电极材料嵌、脱锂/镁过程机理及界面动力学行为，影响电池体系整体性能的关键因素，设计与制备高能量密度的正负极电极材料和高离子导电性、宽电化学窗口、高热稳定性的新型电解质，开发具有可充放特性的新型二次电池新体系。
5、二次电池关键纳米材料的低成本、规模化制备
加强二次电池纳米材料的合成技术、表面改性技术及放大过程工艺的研究，发展高效、环境友好的先进技术，有效控制纳米材料结晶的形态、物相和粒度分布等技术指标,促进相关材料的产业化技术研究。同时，对纳米技术的安全性能、生态环境影响进行评估，为纳米技术产品的安全应用提供指导.
6、二次电池的系统集成
针对中新天津生态城智能电网城市综合示范工程对储能技术的需要,研究并构建新型铅酸和锂离子二次电池储能系统，建立智能电网中储能系统的安全性能预测方法，以及相关材料设计原理和能量综合及系统性能评价、管理控制和适应环境的新模式,为新能源利用示范及其推广普及提供研究基础.
(三)创新点与特色：
1。在材料制备方面，发展适合于智能电网中储能材料设计的多尺度理论计算与分析模拟技术,选择轻质元素构成电极材料体系，制备锂离子电池新型聚阴离子型纳米正极材料和高安全性、长寿命多孔纳米负极材料，提高现有锂离子电池的安全性，并降低成本；制备高活性、高结晶的纳米β-PbO2正极材料和纳米资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
9 / 26 多孔铅碳复合负极材料，提高铅酸电池的寿命及充放电效率。资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除
9 / 26 综合运用结构调制、相复合、催化剂掺杂、纳米组装等技术调控材料成分与结构，制备具有新组成、新结构的高容量纳米电极材料、低维结构材料。
2。在新型电池设计方面，注重多维微纳电极结构的设计及新型电池体系的开发。探索新型铅酸电池、锂离子电池、电解液循环型锂/镁电池、镁二次电池、基于水溶液电解质和固体电解质的新型二次电池原理与技术，系统研究电极材料嵌、脱锂/镁过程机理及界面动力学行为，以及影响电池体系整体性能的关键因素.
3。在结构表征方面，注重原位结构与组成的变化研究,获得储能材料及相关体系的原位分析与诊断新方法.通过原位XRD、XAS、EXAFS、电化学阻抗谱(EIS)、原位扫描电镜与透射电镜、扫描隧道显微镜、原位拉曼、原位核磁共振、同步辐射和中子衍射等技术，研究充放电过程中材料的晶体结构、价态、组成、局域结构、表面结构等变化,获得在长期循环过程中，结构演变对动力学、稳定性的影响规律，揭示电极表面/电解质界面结构与性能的内在联系和规律，探明导致电池失效的机理，寻求提高新型二次电池性能的新途径及相关理论.
4.在二次电池纳米材料规模化制备方面，注重高效、环境友好的先进技术以及新化学反应工艺与反应器的开发,有效控制纳米材料结晶的形态、物相和粒度分布等技术指标，实现新型铅酸电池、锂离子电池、镁二次电池等关键纳米材料的低成本、规模化制备，促进相关材料的产业化发展。同时，对纳米技术的安全性能、生态环境影响进行评估，为纳米技术产品的安全应用提供指导.
聚苯胺的制备
随着社会科技的发展，绿色能源成为人类可持续发展的重要条件，而风能、
太阳能等非可持性能源的开发和利用面临着间歇性和不稳定性的问题，这就催生
了大量的储能装置，其中比较引人注目的包括太阳能电池、锂子电池和超级电容
器等。超级电容器作为一种新型化学储能装置，具有高功率密度、快速充放电、
较长循环寿命、较宽工作温度等优秀的性质，目前在储能市场上占有很重要的地
位，同时它也广泛应用于军事国防、交通运输等领域。
目前，随着环境保护观念的日益增强，可持续性能源和新型能源的需求不断
增加，低排放和零排放的交通工具的应用成为一种大势，电动汽车己成为各国研
究的一个焦点。超级电容器可以取代电动汽车中所使用的电池，超级电容器在混
合能源技术汽车领域中所起的作用是十分重要的，据英国《新科学家》杂志报道，
由纳米花和纳米草组成的纳米级牧场可以将越来越多的能量贮存在超级电容器
中。随着能源价格的不断上涨，以及欧洲汽车制造商承诺在1995年到2008年之
间将汽车CO2的排放量减少25%，这些都促进了混合能源技术的发展，宝马、
奔驰和通用汽车公司已经结成了一个全球联盟，共同研发混合能源技术。2002
年1月，我国首台电动汽车样车试制成功，这标志着我国在电动汽车领域处于领
先地位。而今各种能源对环境产生的负面影响很大，因此对绿色电动车辆的推广
提出了迫切的要求，一项被称为Loading-leveling(负载平衡)的新技术应运而生，
即采用超大容量电容器与传统电源构成的混合系统“Battery-capacitor hybrid”(Capacitor-battery bank) [1] 。
目前对超级电容器的研究多集中于开发性能优异的电极材料，通过掺杂与改
性，二氧化锰复合导电聚合物以提高二氧化锰的容量[1、2、3] 。生瑜(是这个人吗？)
等[4]通过原位聚合法制备了聚苯胺/纳米二氧化锰复合材料，对产物特性进行细
致分析。因导电高分子具有可逆氧化还原性能，通过导电高分子改性，这对于提
盐模板法合成过渡金属二硫化物基纳米结构及储能机制研究
I 目 录
第1章 绪论 .................................................................................................................. 1 1.1 引言 .................................................................................................................. 1 1.2 锂离子电池概述 .............................................................................................. 1 1.2.1 锂离子电池的组成与工作原理 ............................................................ 2 1.2.2 锂离子电池的发展历程 ........................................................................ 4 1.2.3 锂离子电池的未来趋势 ........................................................................ 5 1.2.4 其他新型电池体系 ................................................................................ 6 1.3 锂离子电池负极材料的研究现状 .................................................................. 7 1.3.1 碳材料 .................................................................................................... 8 1.3.2 金属 ........................................................................................................ 9 1.3.3 过渡金属氧化物 .................................................................................... 9 1.3.4 过渡金属硫化物 .................................................................................. 10 1.4 MoS2基负极材料 ........................................................................................... 11 1.4.1 MoS2的结构、性质和用途 ................................................................. 11 1.4.2 MoS2基负极材料研究现状 ................................................................. 12 1.4.2.1 MoS2低维/多维纳米结构 .......................................................... 13 1.4.2.2 MoS2/金属（金属氧化物）复合材料 ....................................... 14 1.4.2.3 MoS2/碳纳米相复合材料 ........................................................... 15 1.4.3 MoS2基负极材料的现存问题及展望 ................................................. 17 1.5 本研究工作的内容及意义 ............................................................................ 17 第2章 实验与测试分析方法 .................................................................................... 19 2.1 实验药品与设备 ............................................................................................ 19 2.1.1 实验药品 .............................................................................................. 19 2.1.2 实验设备 .............................................................................................. 20 2.2 实验方法 ........................................................................................................ 21 2.2.1 二维高质量过渡金属二硫属化物纳米片的制备 .............................. 21 2.2.2 三维峰巢状MoS2纳米结构的制备 ................................................... 22 2.2.3 三维石墨烯负载少层MoS2纳米片复合材料的制备 ....................... 22 2.3 材料表征 ........................................................................................................ 22 II 2.4 电化学性能测试 ............................................................................................ 23 2.4.1 工作电极的制备与半/全电池组装 ..................................................... 23 2.4.2 循环伏安测试 ...................................................................................... 24 2.4.3 恒流充放电测试 .................................................................................. 24 第3章 二维过渡金属二硫属化物纳米片的制备及储钠性能研究 ........................ 25 3.1 二维过渡金属二硫属化物纳米片的制备 .................................................... 25 3.1.1 过渡金属二硫属化物纳米片的合成工艺探索 .................................. 26 3.1.1.1 工艺参数的优化 ........................................................................ 26 3.1.1.2 原料配比的优化 ........................................................................ 28 3.1.2 最优化参数制得纳米片的形貌和结构表征 ...................................... 30 3.1.2.1 XRD表征 ................................................................................... 30 3.1.2.2 SEM和EDS表征 ...................................................................... 31 3.1.2.3 TEM和STEM表征 ................................................................... 33 3.1.2.4 Raman表征 ................................................................................ 36 3.1.2.5 XPS表征 .................................................................................... 36 3.2 WS2纳米片的储钠性能与机制 ..................................................................... 37 3.2.1 循环伏安曲线和恒流充放电曲线 ...................................................... 37 3.2.2 循环性能和倍率性能 .......................................................................... 38 3.2.3 电化学交流阻抗测试 .......................................................................... 40 3.2.4 电荷存储机理 ...................................................................................... 41 3.2.5 微观结构演变 ...................................................................................... 42 3.2.6 物相转变 .............................................................................................. 45 3.3 本章小结 ........................................................................................................ 46 第4章 三维蜂巢状MoS2纳米结构的制备与储能机制 ......................................... 49 4.1 三维蜂巢状MoS2纳米结构的制备 ............................................................. 49 4.1.1 三维蜂巢状MoS2纳米结构的合成工艺探索 ................................... 50 4.1.1.1 原料配比的优化 ........................................................................ 50 4.1.2 最优化参数制得蜂巢状MoS2的形貌和结构表征 ........................... 52 4.1.2.1 XRD和SEM表征 ..................................................................... 52 4.1.2.2 TEM和STEM表征 ................................................................... 53 4.1.2.3 Raman表征 ................................................................................ 54 4.1.2.4 XPS表征 .................................................................................... 55 4.1.2.5 TG表征....................................................................................... 56 4.1.2.6 BET和BJH表征 ....................................................................... 56
钠离子电池电极材料研究进展
钠离子电池电极材料研究进展
张宁;刘永畅;陈程成;陶占良;陈军
【摘 要】室温钠离子电池由于原料丰富,分布广泛,价格低廉,引起了人们的研究兴趣.然而,由于钠离子相对于锂离子较重且半径较大,这会限制钠离子在电极材料中的可逆脱嵌过程,从而影响电池的电化学性能.因此研发先进的电极材料成为钠离子电池实用化的关键.本文中我们主要介绍了几种典型的钠离子电池电极材料,并对其最新的研究进展进行了简要综述,将为钠离子电池新型电极材料的研究提供基础.
【期刊名称】《无机化学学报》
【年(卷),期】2015(031)009
【总页数】12页(P1739-1750)
【关键词】钠离子电池;正极材料;负极材料
【作 者】张宁;刘永畅;陈程成;陶占良;陈军
【作者单位】南开大学化学学院,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津 300071;南开大学化学学院,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津 300071;南开大学化学学院,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津 300071;南开大学化学学院,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津 300071;南开大学化学学院,先进能源材料化学教育部重点实验室,天津化学化工协同创新中心,天津 300071
【正文语种】中 文 【中图分类】O614.112
早在20世纪80年代，钠离子电池(Sodium ion batteries,SIBs)和锂离子电池同时得到研究，随着锂离子电池成功商业化，钠离子电池的研究逐渐放缓。钠与锂属于同一主族，具有相似的理化性质(表1)，电池充放电原理基本一致(图1)。充电时，Na+从正极材料(以NaMnO2为例)中脱出，经过电解液嵌入负极材料(以硬碳为例)，同时电子通过外电路转移到负极，保持电荷平衡；放电时则相反。与锂离子电池相比，钠离子电池具有以下特点：钠资源丰富，约占地壳元素储量的2.64%，而且价格低廉，分布广泛。然而，钠离子质量较重且半径(0.102 nm)比锂(0.069 nm)大，这会导致Na+在电极材料中脱嵌缓慢，影响电池的循环和倍率性能。同时，Na+/Na电对的标准电极电位(-2.71 V vs SHE)比Li+/Li高约0.3 V(-3.04 V vs SHE)，因此，对于常规的电极材料来说，钠离子电池的能量密度低于锂离子电池[1-3]。
普鲁士蓝类钠离子电池正极材料研究进展
普鲁士蓝类钠离子电池正极材料研究进展
杨旸;严小敏;杨德志;王红;廖小珍;马紫峰
【摘 要】近年来,随着储能技术的快速发展,钠离子电池因为资源丰富、环境友好、成本低廉,成为电化学储能技术研究热点;而其正极材料是制约钠离子电池应用的关键因素之一.普鲁士蓝类正极材料具有开框架结构,有利于钠离子的快速迁移,这种结构使其具有良好的电化学性能.本文简要介绍了普鲁士蓝类化合物及其复合材料在水体系和有机体系钠离子电池中的研究情况.普鲁士蓝类正极材料由于制备工艺简单,结构稳定,是极有潜力的钠离子储能材料.
【期刊名称】《储能科学与技术》
【年(卷),期】2016(005)003
【总页数】6页(P303-308)
【关键词】钠离子电池;正极材料;普鲁士蓝类材料
【作 者】杨旸;严小敏;杨德志;王红;廖小珍;马紫峰
【作者单位】上海交通大学化学化工学院,上海电化学能源器件工程技术研究中心,上海200240;上海交通大学化学化工学院,上海电化学能源器件工程技术研究中心,上海200240;上海交通大学化学化工学院,上海电化学能源器件工程技术研究中心,上海200240;上海交通大学化学化工学院,上海电化学能源器件工程技术研究中心,上海200240;上海中聚佳华电池科技有限公司中聚电池研究院,上海200241;上海交通大学化学化工学院,上海电化学能源器件工程技术研究中心,上海200240;上海中聚佳华电池科技有限公司中聚电池研究院,上海200241;上海交通大学化学化工学院,上海电化学能源器件工程技术研究中心,上海200240;上海中聚佳华电池科技有限公司中聚电池研究院,上海200241
【正文语种】中 文
【中图分类】TM53
随着传统化石能源的逐渐匮乏以及日益严重的环境问题，发展新型可再生能源成为必然趋势。目前，电动汽车和智能电网储能体系快速发展，二次电池作为具有最高效能的储能技术，具有响应速度快、能量密度高等特点。而有限的锂资源将会成为制约锂离子电池大规模储能应用的主要瓶颈[1-3]。发展资源丰富、环境友好的钠离子电池具有重要战略意义。金属钠与锂是同一主族元素，Na/Na+电对标准电极电势–2.71 V，与Li/Li+标准电势–3.04 V接近，钠离子电池工作原理和锂离子电池一样，充放电过程钠离子在电池正负极间嵌入和脱出。钠离子比锂离子具有更大的离子半径，因而需要更大的离子通道，传统的储锂电极材料不一定适合钠离子的存储[4-6]。近年来，国内外科技人员在储钠新材料开发方面开展了大量研究工作，取得了良好的进展。普鲁士蓝类钠盐材料NaxPR(CN)6（P,R为Fe、Co、Ni、Mn等）具有特殊的开框架结构，适合碱金属离子的快速迁移，近年来作为极有潜力的储钠材料受到较大关注[7-8]。如图1所示，在NaxPR(CN)6晶体结构中，过渡金属原子P、R与—C≡N—按P—C≡N—R排列形成三维立方框架结构，过渡金属原子P、R位于面心立方结构的顶点位置，由位于棱边上的—C≡N—连接，Na+则占据图中立方体空隙的位置；立方体空隙的尺寸较大，有利于钠离子的快速迁移。
【CN109994735A】一类含硅氧烷基团的聚合物粘合剂及其应用以及基于其的二次电池【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日
(21)申请号 201910266424.5
(22)申请日 2019.04.03
(71)申请人 西安交通大学地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号
(72)发明人 宋江选 张莉
(74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任公司 61200代理人 徐文权
(51)Int.Cl.H01M 4/62(2006.01)H01M 4/13(2010.01)H01M 10/0525(2010.01)
(54)发明名称一类含硅氧烷基团的聚合物粘合剂及其应用以及基于其的二次电池(57)摘要本发明公开了一类含硅氧烷基团的聚合物粘合剂及其应用以及基于其的二次电池的应用，属于电池材料领域。所述聚合物粘合剂由接枝聚合物和带特定官能团的硅烷偶联剂反应形成；接枝聚合物是以天然多糖高分子或聚乙烯醇为主链，在主链上接枝具有不同功能的聚合物或共聚物，可以满足二次电池不同的需求并改善不同电极材料的缺点。接枝聚合物的结构提供了更多的反应位点，可以更好地包覆整个电极结构，有效地缓解活性材料的巨大的体积变化，进而保持电极结构的机械完整性。硅烷偶联剂上的极性基团可以和接枝聚合物反应，硅氧烷基团可以和无机活性材料发生化学键合，显著提高粘附强度，进
而显著提高二次电池的循环稳定性。
权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 109994735 A2019.07.09
CN 109994735
A1.一类含硅氧烷基团的聚合物粘合剂，其特征在于，所述聚合物粘合剂由接枝聚合物
和带特定官能团的硅烷偶联剂反应形成；
其中，接枝聚合物由高分子主链和第一单体通过自由基共聚合形成；
所述的高分子主链为天然多糖高分子或聚乙烯醇；第一单体是带有极性官能团的单
体；硅烷偶联剂上的特定官能团为氨基、异氰酸基、环氧基或羟基；
其中，高分子主链的质量为第一单体质量的0.1-1倍；带特定官能团的硅烷偶联剂的摩
智能电网的储能技术
大众用电2011／4●长沙理工大学卓超曾祥君刘维波
47●栏目编辑/梁学造专家讲堂Experts′Platform▲▲▲
现C2H2，即使未达到注意值也应给予高度重视，因为这可能存在着由低能放电发展成高能放电的危险。过热涉及固体绝缘时，除了产生上述气体之外，还会产生大量的CO和CO2。当电气设备内部存在接触不良时，如分接开关接触不良、连接部分松动、绝缘不良，特征气体会明显增加。超过正常值时，一般占总烃含气量的80％以上，随着运行时间的增加，C2H4所占比例也增加。受潮与局部放电的特征气体有时比较相似，也可能2种异常现象同时存在，目前仅从油中气体分析结果还很难加以区分，而应辅助以局部放电测量和油中微水分析等来判断。5结束语变压器油的试验项目都能一定程度上判断变压器油以及变压器绝缘的情况，而变压器油中溶解气体的色谱分析对发现变压器内部故障非常有效，具有检测故障灵敏性高、不需变压器停电及试验费用低等优点。通过上述几个案例可以看出，对变压器油的色谱跟踪分析很有必要。所以，在变压器运行过程中，应加强现场巡检力度，定期检修，定期监督，正常情况下每年应至少1次取油样进行色谱分析，以避免重大事故的发生。■储能技术智能电网技术（3）智能电网的基本概念就是要求自愈、互动、兼容、信息交流等。兼容这一条就要求兼容可再生能源，这就需要储能环节的支持，储能将扮演非常重要角色。我国当前电网运营面临着最高用电负荷持续增加、间歇式能源接入占比扩大、调峰手段有限等诸多挑战。而优质、自愈、安全、清洁、经济、互动是我国智能电网的设定目标，储能技术尤其是大规模储能技术具备的诸多特性得以在发电、输电、配电、用电四大环节得到广泛应用，可以说储能环节是构建智能电网及实现目标不可或缺的关键环节。没有储能，智能电网的实现是不可能的。1储能技术在智能电网中的作用（1）在电力系统稳定性中的作用。储能技术的应用不同于传统电力系统稳定控制的思维方式，是从一个新的角度认识电力系统的稳定性问题，并寻求一种可能会彻底解决电力系统稳定性的方法。在传统的电力系统中，任何微小扰动引起的动态不平衡功率都会导致机组间的振荡，而只要储能装置容量足够大而且响应速度足够快，就可以实现任何情况下系统功率的完全平衡，这是一种主动致稳电力系统的思想。由于这种与储能技术相关的稳定控制装置不必和发电机的励磁系统共同作用，因此，可以方便地使用在系统中对于抑制振荡来说最有效的部位。同时，由于这种稳定控制装置所产生的控制量可直接作用于导致系统振荡的源头，对不平衡功率进行精确的补偿，可以较少甚至不考虑系统运行状态变化对控制装置控制效果的影响，因此装置的参数整定非常容易，对于系统运行状态变化的鲁棒性也非常好。（2）在新能源发电中的作用。能源问题已成为全球经济发展中最关注的问题，并且使用化石能源造成的环境污染问题已受到全球的高度重视，积极开发新能源和储能技术，已成为业界和科技界研究的热门课题。在可再生能源中，风能和太阳能因来源丰富、取之不尽、用之不竭，并在利用过程中无环境污染或污染很小而特别引起关注。但风能、太阳能、海洋能等多种新能源发电受到气候和天气影响，发电功率难以保证平稳，而电力系统要求是供需一致，电能消耗量和发电量相等。一旦这平衡遭到破坏，轻则电能质量恶化，造成频率和电压不稳，重则引发停电事故，因此新能源发电设备中都应配备有储能装置。近年来，特别是在中华人民共和国可再生能源法出台之后，我国风力发电和光伏发电产业发展迅速，但大规模发展新能源仍存在技术瓶颈，主要是风力发电、光伏发电的并网技术、发电的间歇性问题需要成熟的储能技术加以解决。因此，在新能源装机容量提升的同时，必须同步提升储能容量，有效地改善其电能输出质量。（3）在分布式发电中的作用。储能在分布式发电中的作用主要有两个方面：①改善电能质量，维持系统稳定。比如在风力发电中，风速的变化会引起原动机输出的机械功率发生变化，从而使发电机输出功率产生波动，导致电能质量下降。应用储能装置则大大改善了发电机输出电压和频率质量，同时提高了分布式发电机组与电网并网运行的可靠性。应用储能装置还能解决诸如电压跌落、涌流和瞬时供电中断等动态电能质量问题。②保持持续供电。在某些特殊情况下，分布式发电装大众用电2011／448Experts′Platform专家讲堂▲▲▲
浅谈纳米材料在电池中的应用[大全5篇]
浅谈纳米材料在电池中的应用[大全5篇]
第一篇：浅谈纳米材料在电池中的应用
浅谈纳米材料在电池中的应用
[论文关键词]：纳米材料 电池 复合材料
[论文摘要]：纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关，作为电极的活性材料纳米化后，表面增大，电流密度会降低，极化减小，导致电容量增大，从而具有更良好的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究已取得了重大突破，因而开辟了全新的科学研究领域。
一、碱性锌锰电池材料
（一）纳米级γ-ＭｎＯ2
夏熙等利用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反应法合成制得纳米级γ-ＭｎＯ2用作碱锰电池正极材料。发现纯度不佳，但与ＥＭＤ以最佳配比混合，可大大提高第2电子当量的放电容量，也就是可出现混配效应。若制得的纳米γ-ＭｎＯ2纯度高时，本身的放电容量即优于ＥＭＤ。
（二）掺Ｂｉ改性纳米ＭｎＯ2
夏熙等通过加入Ｂｉ2Ｏ3合成得到改性ＭｎＯ2，采用纳米级和微米级改性掺Ｂｉ、ＭｎＯ2混配的方法，放电容量都有不同程度的提高，并且存在一个最佳配比。通过掺Ｂｉ在充放电过程中形成一系列不同价态的Ｂｉ、Ｍｎ复合物的共还原和共氧化，有效抑制Ｍｎ3Ｏ4的生成，可极大地改善电极的可充性。
（三）纳米级α-ＭｎＯ2
采用固相反应法合成不含杂质阳离子的纳米αＭｎＯ2，粒径小于50nｍ，其电化学活性较高，放电容量比常规粒径ＥＭＤ更大，尤其适于重负荷放电，表现出良好的去极化性能，具有一定的开发和应用潜力。
（四）纳米级ＺｎＯ 碱锰电池中的电液要加入少量的ＺｎＯ，以抑制锌负极在电液中的自放电。ＺｎＯ在电液中的分散越均匀，越有利于控制自放电。纳米ＺｎＯ在我国已应用于医药等方面。由于碱锰电池朝着无汞化发展，采用纳米ＺｎＯ是可选择的方法之一。应用的关键是要注意纳米
ＺｎＯ材料的表面改性问题。
（五）纳米级Ｉｎ2Ｏ3
Ｉｎ2Ｏ3是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的选择之一，目前已开发并生产出无汞碱锰电池用高纯纳米Ｉｎ2Ｏ3，该材料具有比表面积大，分散性好，缓蚀效果更佳的特点，应用于无汞碱锰电池具有良好的抑制气体产生的作用。
纳米技术在储能领域中的应用
纳米技术在储能领域中的应用
随着人们对环境保护和可持续发展的关注度逐渐增加，储能技术受到了越来越多的关注。纳米技术作为一种新兴的技术，已经在储能领域中得到了广泛的应用。本文将从纳米技术在储能领域中的应用角度出发，介绍纳米技术在储能领域中的优势以及未来的发展前景。
一、纳米技术在储能领域的应用
1. 纳米材料用于储能
纳米材料具有高比表面积、尺寸小、电子结构可调等特点，被广泛应用于电池、超级电容器、燃料电池等领域。例如，纳米碳管电极材料的研究，可以提高燃料电池的效率和稳定性；纳米铁氧体材料则可以用于制造高容量、高性能的锂离子电池。
2. 纳米结构优化储能设备的性能
纳米技术可以对储能设备的结构进行优化，提高储能设备的性能。例如，在超级电容器领域，纳米处理可以提高超级电容器的能量密度和功率密度，提高电池的循环寿命和稳定性。
3. 纳米涂层提高储能设备的安全性
纳米涂层可以提高储能设备的安全性能。例如，在锂离子电池中使用耐高温、防爆的纳米涂层包覆阳极材料，可以大幅提高锂离子电池的安全性能。
二、纳米技术在储能领域的优势
1. 提高储能效率
纳米技术具有高比表面积、尺寸小等特点，可以提高储能设备的储能效率。例如，在锂离子电池中使用纳米颗粒尺寸的正极材料，可以提高锂离子电池的充放电速率和能量密度。 2. 改善储能设备的循环寿命
纳米材料具有较好的化学稳定性和循环稳定性，可以减少储能设备中的化学反应，从而提高设备的循环寿命。例如，在超级电容器中使用具有高比表面积、高化学稳定性的纳米材料，可以减少材料的衰减和电化学反应，从而提高设备的循环寿命。
3. 提高储能设备的安全性
纳米技术可以提高储能设备的安全性，减少因电池爆炸或泄漏导致的安全事故。例如，在锂离子电池中使用具有高温稳定性的纳米涂层包覆阳极材料，可以减少电池的泄漏和爆炸危险，提高电池的安全性能。
三、未来的发展前景
随着纳米技术的快速发展和储能技术的不断完善，纳米技术在储能领域中的应用将面临更加广阔的发展前景。未来，纳米技术将在以下方面实现更加广泛的应用：
纳米材料制备技术在电池储能中的应用
纳米材料制备技术在电池储能中的应用
随着社会的发展，人们对于能源需求的日益增长，对于绿色环保的要求也越来越高。传统燃煤、石油等化石燃料的燃烧产生的废气、废水对于环境造成的污染日益加剧。为此，各个国家纷纷加大了对于绿色能源的研究力度，从而推广利用风能、水能以及太阳能等可再生能源。
其中，关于电池储能技术的研究尤为重要。电池储能技术的核心是快速、高效地储存电能。但是，传统电池材料的电能储存量和循环寿命等指标在一定程度上受到了制约。这时，纳米材料制备技术就提供了新的解决方法，通过利用纳米材料的结构尺寸效应，改变材料的物理化学性质，进而提高电能储存量和循环寿命。
一、纳米材料的优势
首先，纳米材料具有较高的比表面积和量子效应，因此拥有更强的局域电子状态和更丰富的表面官能团。这些特性使其在电池材料中具有更好的催化和电子传导性能，能更有效地嵌入离子或形成化学键，同时提高其充放电容量和储存稳定性。值得一提的是，纳米材料优良的机械性能和热稳定性，也使其应用于高能量密度和长循环寿命的锂离子电池等领域。
其次，纳米材料的量子限制作用也是电池储能中的重要特性。在纳米尺度下，材料的电子和原子运动受到限制，因此具有高度规则性和特异性。这些特性为电池储能中的电池运作过程提供了许多优势，如提高了电池的充放电效率和稳定性，防止了材料的电化学腐蚀和电解液的剧烈反应，增加了自由能变化，减小了电池内部电荷传输阻力等。
同时，纳米材料的可控性也是纳米电池材料研究的重要方向之一。纳米技术可通过控制材料的分子结构、晶体结构、形态和尺寸等参数，来调控材料的物理、化学和机械性能。通过精确的纳米尺度控制，纳米材料制备技术为电池储能领域提供了很多新的思路和方案。
二、纳米材料制备技术在电池储能领域的应用
目前，纳米材料制备技术已广泛应用于各种类型的电池储能材料中。下面将举例说明几种典型的应用情况。
1、锂离子电池材料
锂离子电池作为目前最为常见和成熟的通用电池之一，在日常使用的电子产品、电动汽车、太阳能谷电站等领域中得到了广泛应用。
纳米材料在电化学储能中的应用
纳米材料在电化学储能中的应用
随着科技的不断进步，电化学储能技术在能源存储和转换领域扮演着至关重要的角色。纳米材料作为一种新型材料，在电化学储能中展现出了其独特的优势和广阔的应用前景。本文将探讨纳米材料在电化学储能中的应用，以及其对能源存储和转换领域的影响。
一、纳米材料对电化学储能性能的增强
纳米材料具有高度的比表面积和丰富的表面活性位点，这使得它们在电化学储能中能够提供更多的反应界面和储能位，从而增强了储能性能。例如，在锂离子电池中，纳米材料能够提供更多的锂离子扩散路径和更短的离子扩散距离，从而提高了电池的充放电速度和循环寿命。
此外，纳米材料还可以通过调控其晶体结构和微观形貌来进一步优化电化学储能性能。通过合理设计纳米材料的形貌、尺寸和结构，可以实现储能材料的高效储能、快速电荷传输和优异的循环稳定性。例如，通过制备纳米多孔材料，可以大大增加其储能表面积和电子传输通道，提高电子和离子传输速率，并降低电荷储存和释放过程中的能量损失。
二、纳米材料在锂离子电池中的应用
锂离子电池作为一种重要的电化学储能设备，在便携电子产品、电动汽车和储能电网等方面有着广泛的应用。纳米材料在改善锂离子电池性能方面发挥了重要的作用。 首先，纳米材料可以作为锂离子电池的正负极材料。以纳米二氧化钛为例，其具有高度的比表面积和优异的电导率，能够提供更多的反应界面和电子传输通道，并且具有优异的循环稳定性。此外，纳米二氧化钛还能够提高锂离子电池的储能密度和循环寿命。
其次，纳米材料可以作为锂离子电池的电解质添加剂。添加纳米材料能够有效提高电解质的离子传导性能，减小电解质阻抗，从而提高锂离子电池的充放电速度和功率密度。例如，纳米氧化铝的添加可以提高电解质的离子传导性能，并增加电解质的机械强度和热稳定性。
三、纳米材料在超级电容器中的应用
超级电容器作为一种能量储存和释放速度极快的电化学设备，在可再生能源存储和移动电子器件中具有广泛的应用前景。纳米材料在提高超级电容器性能方面发挥了重要作用。