柔性透明導(dǎo)電薄膜及相關(guān)顯示器件

1、鋰電驅(qū)動未來,,,,,,,,應(yīng)用領(lǐng)域,鋰離子電池在生活中的應(yīng)用,鋰電池在生活中的應(yīng)用,1972 年，Exxon 公司M. S. Whittingham 首先推出了以金屬鋰為負極，TiS2 為正極的鋰金屬二次電池。然而，由于鋰在充放電過程中容易在電極表面不均勻沉積，形成枝晶，導(dǎo)致嚴重的安全問題，這種鋰金屬二次電池最終沒有實現(xiàn)商品化。此后，圍繞如何解決鋰二次電池安全性問題進行了長期的研究。,,,,鋰二次電池的產(chǎn)生,,M S Whitting

2、ham, Science，1975，192, 1226,Manley Stanley Whittingham,1941年出生，于牛津大學(xué)獲得BA (1964),  MA (1967)和 Dr (1968)學(xué)位，目前就職于賓漢姆頓大學(xué)。,M. B. Armand Materials for Advanced Battery New York： Plenum，1980.,1980 年，Arman

3、d 等人提出了用嵌入和脫出物質(zhì)作為二次鋰電池正負極的新構(gòu)想，即采用低插鋰電位的LiyMnYm 層間化合物代替金屬鋰作為負極，以高插鋰電位的嵌鋰化合物AzBw 作為正極，組成沒有金屬鋰的電池。充放電過程中鋰離子在正負極間來回穿梭，反復(fù)循環(huán)，相當(dāng)于鋰的濃差電池。　　當(dāng)對電池進行充電時，正極的含鋰化合物中鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。負極的炭材料呈層狀結(jié)構(gòu)，到達負極的鋰離子嵌入到碳層中，形成LixC6，嵌入的鋰離子越多，充電容量越

4、高。當(dāng)對電池進行放電時，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。,鋰離子（搖椅式）電池的提出,充電時，外界電流從負極流向正極，相應(yīng)地鋰離子從LiCoO2 中脫嵌，經(jīng)過電解液，透過隔膜，到達負極，嵌入負極的石墨中。放電時，鋰離子從石墨脫插，經(jīng)過電解液和多孔隔膜后，最終插入到正極材料中，相應(yīng)地電流從正極經(jīng)外界負載流向負極。,鋰離子電池充放電原理,Armand教授是鋰離子電池的奠基人之一，是國際學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界公認的、在電池領(lǐng)域具有原始創(chuàng)新成果

5、的電池專家。Armand教授主要原創(chuàng)性學(xué)術(shù)貢獻有：1. 1977年，首次發(fā)現(xiàn)并提出石墨嵌鋰化合物作為二次電池的電極材料。在此基礎(chǔ)上，于1980年首次提出“搖椅式電池”概念，成功解決了鋰負極材料的安全性問題。日本Sony公司正是在此概念指導(dǎo)下，于1990年完成了“搖椅式電池”從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的突破，實現(xiàn)了鋰離子電池的應(yīng)用。2. 1978年，首次提出了高分子固體電解質(zhì)應(yīng)用于鋰電池。3. 提出了碳包覆解決磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料的

6、導(dǎo)電性問題，為動力電池及電動汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。,Michel Armand,相關(guān)發(fā)明人,鋰離子電池的商品化,1990 年日本SONY 能源技術(shù)公司開始了以石油焦為負極，LiCoO2 為正極的鋰離子電池的商業(yè)化生產(chǎn)，并首次提出了“鋰離子電池”這一全新的概念，并于1991 年5月投放市場。其鋰電池體系實現(xiàn)了商業(yè)化，并最終被廣為接受。,Nagaura, T. & Tozawa, K. Lithium ion recharge

7、able battery. Prog. Batteries Solar Cells 9, 209(1990),鋰離子電池類型,圓柱型鋰離子電池,紐扣鋰離子電池,薄膜鋰離子電池,方型鋰離子電池,J.-M. Tarascon, Nature, 2001,414, 359,J-M. Tarascon,Jean-Marie Tarascon教授是發(fā)明聚合物鋰離子電池的鼻祖，他開創(chuàng)了將軟包裝應(yīng)用于鋰電池的先例從而使得聚合物鋰離子電成為目前的主

8、流電池產(chǎn)品?！　arascon教授于1980年在美國康奈爾大學(xué)畢業(yè)，后在法國波爾多大學(xué)獲得固態(tài)化學(xué)博士學(xué)位，之后他加入舉世聞名的美國貝爾實驗室。90年代初期，Tarascon研究小組研制了用于高電位正極材料的電解液，從而創(chuàng)造了以鋁箔包裝錳酸鋰鋰離子電池為特征的BELLCORE 技術(shù)。1994年，Tarascon應(yīng)邀回法國擔(dān)任庇卡底大學(xué)的教授。,相關(guān)發(fā)明人,鋰離子電池的主要組成部分,正極材料、負極材料、隔膜、電解質(zhì),鋰離子電池對正極材

9、料的要求,1) 正極材料必須起到鋰源的作用，它不僅要提供在可逆的充放電過程中往返于正負極之間的鋰離子，而且還要提供首次充放電過程中在石墨負極表面形成SEI 膜時所需消耗的鋰離子；2) 提供較高的電極電位，這樣電池輸出電壓才可能高；3) 在整個電極過程中，電壓平臺穩(wěn)定，以保證電極輸出電位的平穩(wěn)；4) 為使正極材料具有較高的能量密度，要求正極活性物質(zhì)的電化當(dāng)量小，并且可以可逆脫嵌的鋰離子量要大；5) Li+在材料中的化學(xué)擴散系數(shù)高，

10、電極界面穩(wěn)定，具有高功率密度，使鋰電池可適用于較高的充放電倍率，滿足動力型電源的需求；6) 充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可逆性好，保證電池的循環(huán)性能良好；7) 具有比較高的電子和離子導(dǎo)電率；8) 化學(xué)穩(wěn)定性好，無毒，資源豐富，制備成本低。,常見正極材料及其性能,1997年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰(LiFePO4)，比傳統(tǒng)的正極材料更具安全性，尤其耐高溫，耐過充電性能遠超過傳統(tǒng)鋰離子電池材料。

11、因此已成為當(dāng)前主流的大電流放電的動力鋰電池的正極材料。,A.K. Padhi, K. S. Nanjundaswamy, and J. B. Goodenough J. Electrochem. Soc., 144, 1997,LiFePO4的出現(xiàn),Akshaya Padhi,1922年生于德國。二戰(zhàn)之前就讀于美國名校Yale大學(xué)，二戰(zhàn)后在芝加哥大學(xué)讀物理碩士。博士期間攻讀的固體物理，畢業(yè)之后到了MIT的美國空軍林肯實驗室開始了固態(tài)化學(xué)

12、的學(xué)習(xí)和研究。上世紀70年代，出于為不發(fā)達國家提供能源的美好心愿，開始轉(zhuǎn)向能源方面的研究。研究中發(fā)現(xiàn)了嵌Li過程中尖晶石結(jié)構(gòu)和rock-salt結(jié)構(gòu)之間的相互轉(zhuǎn)化，同時結(jié)合具有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)的聚陰離子型的材料，如硫酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽等，他與學(xué)生Akshaya Padhi做出了LiFePO4正極材料，被University of Montreal的Michel Armand相中，他覺得這個材料和自己開發(fā)的電解質(zhì)很匹配，于

13、是聯(lián)系上了Hydro-Quebec公司買下了這個專利。這個正極材料能夠進行完全的充放電實驗，并且廉價、對環(huán)境無污染?！　∵@個成果是在1994年做出來的，但是老人家在1986年接受了University of Texas的邀請，來到Austin，受到基金的資助，作為終身教授，他沒有在67歲退休，至今仍然在工作，研究固體氧化物燃料電池等等。他說：I am an old tiger enjoying working here。,John&#

14、160;B. Goodenough,相關(guān)發(fā)明人,鋰離子電池負極材料,理想的鋰離子電池負極材料應(yīng)滿足以下幾個特點：（1）材料的可逆儲鋰容量大；（2）鋰脫嵌電位適中（太低容易引起鋰沉積，太高不利于電池端電壓的提升）；（3）材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以經(jīng)受長期循環(huán)；（4）表面能形成穩(wěn)定的SEI 膜；（5）有較好的電子電導(dǎo)率，同時鋰離子易于在其內(nèi)部擴散；（6）制備工藝簡單，原料來源豐富、廉價、無污染。,常見負極材料,常見儲鋰機制,嵌

15、入型反應(yīng)合金化反應(yīng)相分離反應(yīng)相轉(zhuǎn)變反應(yīng)化學(xué)鍵反應(yīng)孔存儲反應(yīng)表面反應(yīng)界面反應(yīng),18,xLi + C6 ? LixC6,xLi + Si ? LixSi,xLi + xFePO4 ?　xLiFePO4,2Li + MO ? Li2O + M,6Li + C6O6 ? Li6C6O6,未來電池的發(fā)展方向,高能量密度，高功率密度，安全，環(huán)保，長壽命鋰電池,J-M Tarascon, et al. Nature 2008,