基本信息
- 项目名称：
- 国家登月工程月球车动力能源的设计与制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 以金属氟化物掺杂金属氧化物制备正极材料，并与锰酸锂球磨制得正极活性物质，再按照正常正极生产工艺，制得所需正极片，并与负极片、隔膜组装电池，经化成活化后，得到新型铁锂动力电池。
- 详细介绍：
- 本课题组突破传统锂二次电池充放电机理，开发出FeF3/V2O5混合导电化合物新型正极材料，并将其与LiMn2O4混合作正极活性物质，制备高安全性、高容量新型铁锂动力电池。FeF3/V2O5与LiMn2O4组合作为正极活性物质，为国内首创，制备的新型铁锂电池具有很高的比容量、长的循环寿命、好的安全性能；在卷绕方式上，打破传统的正绕式卷绕方法，采用反绕式卷绕法，避免了焊接盖板时正、负极耳的扭转，增大了电池设计空间，降低了现有技术因正、负极耳的扭转导致刺破隔膜时造成的短路或压下盖帽时极耳与不同极性极片直接接触造成短路发生的可能性，大大提高了电池大电流放电性能和安全性能。 该产品通过了 “北方汽车质量监督检验鉴定试验所863动力电池测试基地”的性能检测。由于技术先进、性能优越等优点，生产的24V、45Ah电池组在航空航天领域得到应用，该电池组作为某公司承担的国家无人登月车项目的首选电池，用于月球车的登月模拟实验，整体性能达到要求，未来有望在登月计划中得到应用，前景广阔。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：针对目前国内锂离子动力电池的现状，开发出FeF3/V2O5混合导电化合物，并将其与LiMn2O4混合作正极活性物质，制备高安全性、高容量新型铁锂动力电池。以满足各方面对动力电源的要求。 基本思路：以金属氟化物掺杂金属氧化物制备正极材料，并与锰酸锂球磨制得正极活性物质，再按照正常正极生产工艺，制得所需正极片，并与负极片、隔膜组装电池，经化成活化后，得到新型铁锂动力电池。
科学性、先进性及独特之处
- 一、本项目开发出了FeF3/V2O5混合导电复合物作为正极材料，增加了材料的实际放电比 容量及电池的循环稳定性，为国内首创。 二、将FeF3/V2O5混合导电化合物与LiMn2O4组合为正极活性物质，解决了复合材料放电平台偏低的问题，并进一步提高了材料的导电性。 三、本项目铁锂电池卷芯采用独特的反绕式，解决了电池的大电流放电问题，提高了产品的安全性能。
应用价值和现实意义
- 高功率铁锂动力电池由于性能优越, 生产的24V、45Ah电池组在航空航天领域得到应用，该电池组作为某公司承担的国家无人登月车项目的首选电池，用于月球车的登月模拟实验，整体性能达到要求，未来有望在登月计划中得到应用。此外，该产品已在电动汽车中试用，预计成为未来电动汽车的主要动力电源之一；该产品还可能在人造卫星、国防军事方面得到应用，其未来的市场前景十分广阔。
学术论文摘要
- 无
获奖情况
- 1. 2009年，北京，产品通过 CE 认证（国际安全认证） 2. 2009年，北京，产品通过了北方汽车质量监督检验鉴定试验所 863 动力电池测试中心检测
鉴定结果
- 1. 2009年，北京，产品通过 CE 认证（国际安全认证） 2. 2009年，北京，产品通过了北方汽车质量监督检验鉴定试验所 863 动力电池测试中心检测
参考文献
- [1] 一种新型铁锂电池的制备方法，申请号：200910044111.4 [2] 一种锂二次电池氟化铁的制备方法，专利号： ZL200710192681.6 [3] Structure and electrochemical performance of FeF3/V2O5 composite cathode material for lithium-ion battery，Journal of Alloys and Compounds，486(1-2): 93-96
同类课题研究水平概述
- 美国、俄罗斯等欧美国家在上世纪五十年代就开始了月球车和探测器的研究工作，月球车最初使用一次电池作为动力电源，在外作业时间很短，在很大程度上限制了它的发展。从九十年代开始，月球车动力电源进入二次电池时代，能作为动力电源的二次电池主要是铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。铅酸电池由于比能量、比功率和能量密度都很低，而且铅对环境有污染而逐渐被淘汰；镍氢电池技术最成熟，但它存在记忆效应，自放电率高、比能量较小，这些缺点的存在使镍氢电池只能是过渡产品；锂离子电池以其高容量、高电压、高循环稳定性、高能量密度、无环境污染等优异的性能倍受青睐,被称为21世纪的绿色能源和主导电源，具有广泛的民用和国防应用前景，是目前月球车研究中应用最普遍的动力电源。 目前，锂离子动力电池的路线主要包括镍钴锰三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂技术。三元材料融合了钴酸锂和锰酸锂技术的优点，但缺点是成本受钴金属价格波动影响较大，不宜大规模推广。锰酸锂具有原料丰富，价格低廉，污染小，安全性能好，能够承受大电流放电的优点，是目前最具发展潜力的动力电池正极材料，但是锰酸锂较低的比能量、较短的循环寿命和充放电时容量衰减过快是其最大的缺陷。磷酸铁锂具有绿色环保、安全性能好、倍率性能优异等优势，但是其低体积比能量、低导电率低电容、低温性能差、电池组一致性差等问题，制约了它的发展。 本课题针对国内外锂离子动力电池研发的现状，突破传统锂二次电池充放电机理，发展具有更高比能量密度的新型正极材料-掺杂金属氟化物，开发出一种新型正极材料，即FeF3/V2O5混合导电化合物，并将其与锰酸锂混合作正极活性物质，制备能量密度高、安全性能好、循环寿命长的新型铁锂动力电池。该新型动力电池通过与太阳能电池联用，可以保持“月球车”在外连续工作数周，极大提高了宇航员在外作业时间，特别是在月球表面特殊严酷的自然环境下，更能显示锂离子动力电池的优异特性，该产品非常有望在未来登月计划中得到应用。此外，该产品适合大规模生产，在国防和民用领域都有广阔的应用前景。
