能源环保材料论坛万春荣
万春荣１９４５年出生，１９７０年毕业于清华大学工程化学系，博士学位、研究员、博士生导师，新型能源与材料化学研究室主任，主持材料化学新学科的建设；兼任中国电池工业协会常务理事；担任国家８６３高技术课题《高密度高活性球形Ｎｉ（ＯＨ）２的制备》项目负责人，该项目同时又是国家经贸委”重点工业性试验项目”，先后获国家教委科技进步三等奖和河北省科技进步二等奖；组织并启动了《锂离子电池及其相关材料》研究项目，并得到了国家８６３计划的支持；为研究生新开了《材料化学》课程，并主编《材料化学》教材近年来获电池材料方面的国家发明专利１０余项，发表学术论文百余篇，《锂离子二次电池》一书已由化工出版社出版： 在锂离子电池电极材料和聚合物锂离子电池研究方面所申请的专利：
１．基于控制结晶法的高活性锂离子电池正极材料的制备方法万春荣，李阳兴，姜长印，发明专利．ＺＬ９８１２４４０４．１；
简历
Ｊ目Ｉ历
２．喷雾干燥法制备锂离子电池活性材
料超细粉的方法．万春荣，李阳兴，姜长印．
发明专利，Ｚ１９８１２０３６６．３；
３．在球形氢氧化镍表面包覆氢氧氧化
钴的工艺．姜长印，万春荣，杜晓华，张泉荣，
发明专利．ＺＬ９９１０３０１１７；
４锂离子电池正极材料球形五氧化＝
钒和钒酸锂的制备方法．高剑，姜长印，万春
荣，应皆荣，杜晓华，陈克勤，发明专利，申请
结晶氯化铝号：０２１１６３１１．１：
５．锂离子电池正极材料球形锰酸锂的
制备方法．姜长印，万春荣，应皆荣，何向明，陈克
勤，发明专利，申请号：０３１２２９３０．１；
６．制备高密度球形固体颗粒的结晶反
应器，万春荣；姜长ｆｐ；张泉荣；严玉顺，实用
新型９７２１８０４８６
方法．李建军；万春荣；昊宇平；姜长印，发
明专利，ＺＬ９９１０７４３５．１；
Ｎ。ｏＡ
王艺≯宝≯一删刀琴∽
中国．北京
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引力的电池体系…，与其它电池体系相比，硫具有很高的理论比能量，２８００Ｗｌｇｋｇ（１６７５Ａ｝Ｆｋｇ），锂硫电池的理论比能黾为１２００Ｗｔｇｋｇ。而且硫足来源丰富且便宜的材料，并对环境无污染，电池安全性好．．下图是钾硫聚合物电池与目前其它电池体系比能量的比较。
图１不同”？次电池体系比能量的比较
锂硫聚合物二次电池在原材料成本方面的优势也十分明显。
２００４年，国际市场卜的金属钴和金属镍的价格大幅度【。涨（表１）。普遍认为，与锂离ｆ电池产量大幅度提高不无天系。可以设想，如电动汽车真的开始普及，将出现何种局面。幽此，我们必须研制新的廉价的电池体系。，
表】金属钴和金属镍的价格变化生态环境学报
材糯称２００４—７２０。３－７涨《批剀％
盘餍《（航脯）１５７．卜７．５１００
球绦ｆ万元戚）１２６．０嵋．５∞
垒ｌ耥《而元腩）４５．６１７．８１５０
踟耀《万冠臆）４５１７１鼬
经粗略估算．纳米硫复合材料的原料成本不到钻酸锂的＿卜分之一（表２）：美国ＳｉｏｎＰｏｗｅ公司也对各种电池的成本进行ｒ比较（图２），虽然这一估算是在原材料大幅度涨价前进行的，其结论却和我们基本一致。２００４中国国际新材料产业研讨会
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幽２小同电池的成奉比较
纳米硫复合型正极材料不含氧，特圳适合在较高的温度Ｆ使Ｈｊ（图３、图４）
同前的钾离予电池均采用复合氧化物为正极材料，包括ｌ，ｉＣｏＯｚ、ＬｉＮｉ（）！、ＬｉＭｎ：０。等当电池处于充电状态的时候，如温度过高，就会有氧分解出来。不仅使电池的容龄＿卜降，严重时还会Ｈ｛现安全问题、，动力电池和电脑电池均存在这类问题。相比之下ＬｉＦｅｌ’ｏ。较好，但这一新材料的密度仍然偏低，要想走向应用，还有较长的路程。相比之］ｉ，纳米硫复合型正极材料不含氧具有明显的优势。
图３镡硫电池扫不同温度卜的充电特ｒｆ二图４锂硫电池存不『叫温度下的放电特性
中国．北京
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晶界密度不断提高，位于晶界处的原子数也相应增加。其结果必然使新型负极的电化学活性有所提高，也使电极的塑性和柔性等机械性能得到明显的提高。
合金负极的容量大，对于研发高比能量的电池，合金负极具有极大的吸引力。但合金负极是１ｌ』＝界性的难题，目前有美国的ＡｒｇｏｎｎｅＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙｌ５，６１、ＡｒｍｙＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂｏｒａ—ｔｏｒｙ［７］，以及１３本的Ｓｏｎｙ、Ｓａｎｙｏ公司”，和韩国的一些大学和研究所［９１在进行研究。国内有中科院物理所、浙江大学和本实验室在进行研究＿Ｔ作。现在所有的合金研究均停留在实验室研究探索阶段，至今未见进人实用化阶段的报导。 美国的Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室采用的是球磨工艺”０１，所制备的ＣｕＳｂ合金具有较高的比容量，突破了３００ｍＡｈ／ｇ（图３）。
图３美国ＡｒｇｏｎｎｅＮａｔｉｏｎｚｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ的合
金负极材料锎252
本实验室采用电沉积及热处理合金化工艺来直接制作负极，其优点为，活性材料直接电沉积在集流体
上，不需要加导电剂、粘结剂，不仅简化了电极制备工序，电极的导电性得到了提高，而且降低了成本；活性材料分散均匀，粒度较小，与集流体结合紧密，电极的机械性能提高，不易掉粉或发生脆片现象。下图（左）为合金负极的电镜照片，合金颗粒为几百纳米的金属粒子，研究表明，粒径减小有利于其电化学性能的提高。
氢氰酸合金的主要问题是首次不可逆容量大和循环性能差。本实验室制作的纳米合金负极通过表面修饰改性后，其首次不可逆容量及
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图４电沉积及热处理合金化工艺的初步实验结果
循环性能均有较大的改善（｝：图右）。并研究
发现在低温下，合金的容量衰减小于常用的
石墨负极。，上述结果与国际水平相比，仍有一
罗兰巴尔特
定差距。
悬链线方程
电沉积及热处理合金化Ｔ艺的研究与丌
发工作正在逐步深人，同时义提出一种独特
的微乳液新工艺，所合成的ＣｕＳｎ纳米合金重
量比能量已经突破４００ｍＡｔＣｇ（图５）
图５采用微乳液新工艺合成的ＣｕＳｎ纳米合金的循
环特件
图５．采用微乳液新工艺合成的ｃｌ－ｓ，１纳
米合金的循环特性
由于合金负极的性能还未能达到实用要
求，本实验室的锂硫电池现阶段依然采用镡
金属负极。
３．２纳米硫复合正极材料
为了解决单质硫不导电和放电产物硫化
物溶于电解质的问题。本实验室开发了一种
把硫的颗粒纳米化，并与导电材料复合的新
Ｔ艺，制备纳米硫复合材料。材料具有较高的
循环容量和较好的循环性能。与现有锂离子
电池正极材料相比，此纳米复合材料具有成
本低，且耐过充安全性好的特点。图６为复合
材料的电镜照片，可以看出，颗粒粒径在几百
纳米范围内。
中国．北一尿
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