从专利申请看日美纳米锂电池的研究进展


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标签纳米锂
手机等小型电子设备通常使用的锂电池具有电池容量高和工作时间长的特点,但是充电时间很长,且使用一段时间后电池功能有所下降,而采用纳米技术的新型高速充电锂电池具有高速充电和反复长时间使用的特点,因而具有很好的应用前景。

美国

美国QUALLION LLC公司2001年1月25日公开专利电极锂薄膜迭片技术提高电池容量,专利号WO0106578,将锂薄片迭放在电极结构上面或其中,构成金属导电层。这种结构能够减小不可消除的电容量,补充足够数量的锂离子形成初始电解液界面。为了使负电极具有迭片锂金属结构,先将锂淀积在一载体上,然后将其碾压成薄片置于电极结构之上或之中。同族专利包括:AU6102700,US6761744。

美国内华达州ALTAIR NANOMATERIALS公司2003年1月30日公开了专利钛酸锂的制备工艺,利用钛酸锂纳米晶体做锂电池的阳极,专利号为WO03008334。该专利提出了一种制备钛酸锂的工艺,可以控制颗粒的尺寸在5-2000nm之间。在控制条件下将钛酸锂再点燃,得到合适尺寸的晶粒。其中一种方法是蒸发含有锂和钛的物质,得到锂钛混合物,继而煅烧得到钛酸锂。同族专利包括:AT285379,CA2454324,DE60202373,EP1409409,JP2004535352,US6890510。

DASGUPTA SANKAR 2005年5月19日公开了包含碳纤维的锂电池阴极,专利号US2005106466。该专利将少量用高温蒸发淀积法生长的碳纳米管或碳纤维加入到锂电池电极所需的中间相石墨混合物中。在这里被称为“碳纳米纤维”。根据该发明,锂电池阳极包含一导电衬底,衬底上镀有加压的球形石墨和离子传导聚合物,其中加入重量百分比1.5-20%的碳纳米纤维,平均直径约200nm,长度在10-20mm,内径65-70nm。同族专利包括:AU2002351608,CA2438131,EP1522116,US2003152835,WO03067699。

日本

日本在此领域申请的专利数量比美国略多,现介绍几个知名公司的相关专利。

日立公司2003年11月21日公开了锂二次电池,专利号为JP2003331838,在锂二次电池的阳极和阴极之间加入了碳纳米管,凝胶电解液包括聚合物和非水电解液,碱金属盐置于阳极和阴极之间以阻止两极间的短电流,这样就可以得到高输出和高容量的锂二次电池。

三菱公司2004年10月28日公开的锂离子二次电池阴极材料,专利号为JP2004303613,该阳极材料由碳纳米管和碳纳米纤维或两者之一组成,其中碳纳米管由大量管状石墨网构成,碳纳米纤维由与碳纤维纵轴垂直方向层迭的平面石墨网构成。迭片间距由X射线衍射法测量,范围从0.3356 nm 到 0.3450 nm,碳纳米管和碳纳米纤维的表面涂覆一层厚度为0.1 nm 到 5 nm的无定型碳。

松下公司2005年1月6日公开了锂离子二次电池,专利号 JP2005004974 ,提供一种伴随充放电循环的进行、其容量劣化极少的锂离子二次电池。所述锂离子二次电池由可吸储和放出锂离子的正极、可吸储和放出锂离子的负极、介于正极和负极之间的隔膜及非水电解液构成;负极由负极芯材及负极芯材上附着的负极合剂层所构成,负极合剂层含有石墨及纳米碳管,负极合剂层内所含有的纳米碳管相对于100重量份石墨的含量为0.1~10重量份。同族专利包括CN1574444,US2004248010。

东芝电池公司2005年3月24日公开了非水二次电池和锂二次电池的电极,专利号JP2005078985,包含锂过渡金属氧化物的粉末作为淀积主体,无机固态电解质电池的阳极传导率大于1mS/cm,空位率小于15%。这种锂二次电池中,阳极和阴极有效物质通过淀积无机固态电解质形成,金属氧化物粒子分散于其中起传导作用。

产品实例

美国内华达州ALTAIR NANOMATERIALS公司,根据其已获授权的美国专利技术,研制出一种充电电池,市场前景非常看好。其充电时间只需6分钟,而充电后的使用时间和电流强度是现有一般充电电池的10倍和3倍。阿尔泰公司的这项新技术是利用钛酸锂纳米晶体做阳极,通过化学技术使其比表面积达到每克约100平方米,而现有碳阳极的比表面积每克仅3平方米。这种表面积的增大是通过在制造钛酸锂晶体时精细控制一系列蒸发工序实现的。此项技术还在多国申请了专利,并已在欧洲获得专利授权。

松下电池产业有限公司推出了大容量锂电池。该公司称:这是业界容量最大的电池。该电池之所以具有巨大的容量,是因为其阴极中使用了镍酸锂,并采用纳米技术做表面封装。松下公司还肯定了该电池的安全性,说安全性是电池研发过程中首要考虑的一个问题。松下公司计划将该电池投入商业运营,应用到手机、笔记本电脑、数码相机中。预计产品将于今年10月投入量产。

东芝公司今年3月份发布了可在一分钟内充电的新型电池,该电池利用最新纳米技术改进了锂离子电池,从而使高速充电成为可能,争取2006年实现量产化。东芝公司称,为了使电池可平滑地吸收锂离子,新型高速电池采用纳米技术的微离子新材料作为电池负极材料,这种纳米材料制成的电池负极可高速分解有机电解液,从而实现高速充电的目的。与传统锂电池相比,按电池体积换算的静电容量比原来电池超出数十倍。东芝展示的高速充电电池仅用5秒时间即可完成一台硬盘音乐播放器电池的正常充电。

参考文献:

http://hbrb.hebeidaily.com.cn/20050308/ca474942.htm

http://info.china.alibaba.com/news/detail/v5000441-d5478907.html

http://biz.163.com/05/0330/11/1G3BO72900020QBS.html
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