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胡国荣教授
中南大学冶金科学与工程学院
2013年4月
内 容
一、研究背景
二、梯度材料
三、锂离子电池梯度正极材料
四、本课题组工作简介
五、展望
一、研究背景
能源危机与能源安全是当前世界各国面临的严峻挑战改善能源
结构,实现能源多元化是国家发展的必然选择!
3
温室效应与环境污染日益严重
•近100年中国年平均气温升高3.0~6.0℃,
•我国的煤炭、石油等能源消耗居世界第一。
•单位GDP能耗是发达国家的8~10倍,每年新增碳排放量世界第一。
•我国大城市大气的主要污染源:50%以上来自汽车排气污染。
锂离子电池
锂离子电池具有比能量高、比功率大、循环寿命长等特点,是目前商品化电池
中最先进的。自1991年问世以来,在便携式电子产品中得到广泛应用,其成本已低
于镍氢和镍镉电池,2012年中国锂离子电池产量约40亿颗,比上年增加33%。
目前主要正极材料现状
体系 LCO (钴酸 NCM (三元 NCA (二元 LFP (磷酸铁
LMO(锰酸锂)
指标 锂) 系) 系) 锂)
比能容(mAh/g) 135~140 100~120 130~140 160~180 130~150
倍率特性 中 优 中 中 优
低温性能 优 优 优 优 差
高温性能 优 差 优 优 优
循环特性(次) 500 300 500 500 2000
安全性 差 好 较好 差 优
成本 高 低 较高 高 中
正极材料发展趋势
锂电池正极材料的发展
廉价的原材料 安全性能 稳定性能
新材料和新结构
二、梯度材料
概念
梯度功能材料 (Functionally graded (gradient
)materials FGM)是一种集各种组分 (如金属、陶
瓷、纤维、聚合物等)于一体的新型材料,其结构
和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续
变化,以适应不同环境,实现某一特殊功能。
发展
1900年,美国用明胶作成光折射率沿径向连续变
化的圆柱棒,称为梯度折射材料。由于制作工艺
没有解决,未能得到实际应用。
1969年,日本板玻璃公司的北野等人制成梯度折
射棒材和光纤,达到了实用水平,梯度折射率材
料的研究迅速发展起来。
1972年,Bever等提出了功能梯度概念。
航天飞机飞行时预想的表面温度
功能梯度材料作为一个规范化正式概念,于1984年由
日本国立宇航实验室提出。
航天飞机中,燃烧室内外表面温差达到1000K以上,普
通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。
梯度材料的特征
材料的组分和结构呈连续性梯度变化;
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