鈦酸的案例
鈦合金鍛件表面酸洗工藝試驗研究
文 / 呂孝根，張海成，羅恒軍，張富淇，唐慶·二重集團德陽萬航模鍛有限責(zé)任公司
萬志奇·中國商用飛機有限責(zé)任公司上海飛機設(shè)計研究院
鈦及鈦合金由于具有很高的強度和耐蝕性，已成為一種新興的輕金屬材料，并在國防軍工、石油化工、制藥領(lǐng)域及醫(yī)療器械、海水淡化裝置等方面得到廣泛應(yīng)用。并且，因其具有比強度高、耐高溫、導(dǎo)熱率低、無毒、生物相容性好等一系列優(yōu)點而被應(yīng)用于航空、航天、建筑、體育用品等軍用和民用領(lǐng)域。
Ti-6Al-4V 鍛件經(jīng)過噴砂工藝后，鍛件表層硬化層較厚，給后續(xù)機加工造成困難。因此，在噴砂工序完成后，需通過酸洗將其硬化層去除，并按工藝要求去除壁厚以達(dá)到所需工藝要求。鈦合金酸洗一般采用HF+HNO3，但由于其在酸液配比中所占比重較大，濃度較高，容易引發(fā)比較嚴(yán)重的二次問題。針對以上問題，研究在不同酸洗條件下的腐蝕及氫脆現(xiàn)象，分析影響因素及機理，并制定優(yōu)化的熱處理工藝，以減少氧化層及氫脆。
試驗方案
將鍛件進(jìn)行吹砂處理后，采用線切割加工成所需試塊，并標(biāo)記0#～7#，分別對試樣進(jìn)行磨拋，去除切割造成的氧化層。對初始樣品表面進(jìn)行XRD 測試和顯微硬度測試，確定表面相結(jié)構(gòu)和硬化層深度。然后將其在不同配方的酸性溶液中進(jìn)行腐蝕，分別恒溫水浴15 分鐘后取出試件，將其按照相同的工藝執(zhí)行，測量酸洗后樣品氫含量、失重率、表層相結(jié)構(gòu)以及硬度變化。酸洗液配方見表1。
表1 鍛件表面酸洗液配方
注：0#為鍛件原始試樣，不進(jìn)行酸洗
試驗結(jié)果
酸洗后失重率
Ti-6Al-4V 鍛件試樣酸洗后，各試樣表面形貌如圖1 所示。
圖1 Ti-6Al-4V 鍛件試樣酸洗后表面形貌
從圖1 中可以看出，初始試樣表面呈黑褐色，經(jīng)酸洗后，表面都返現(xiàn)出金屬光澤。
展開 科學(xué)家發(fā)明液態(tài)光子材料 色域?qū)拸V超越七色彩虹
比如，最近他們將該實驗方法用于軟性材料，通過加強鈦酸鹽納米片間的靜電相互作用，使軟性材料具備了特殊的功能。
科學(xué)家們希望這項驚人的發(fā)現(xiàn)不止給鈦酸鹽納米片帶來新生，還能夠讓傳統(tǒng)的膠體科學(xué)煥發(fā)新的生命。
參考：K.Sano, Photonic water dynamically responsive to external stimuli, NatureCommunication 2016, 7, 12559.
新型納米硅鋰電池問世！整車?yán)m(xù)航里程翻倍 公交車8分鐘充電超60%
梁工告訴記者，城市公交車線路固定、一個來回的公里數(shù)不會超過100公里，利用公交司機休息的時間充電，可以充分發(fā)揮鈦酸鋰電池充電快的優(yōu)勢，另外鈦酸鋰電池還有循環(huán)壽命長的優(yōu)勢。
在這家公司的電池研究院，有一塊從2014年就開始進(jìn)行充放電循環(huán)試驗的鈦酸鋰電池，如今六年時間，充放電已超過3萬次。
在另外一間實驗室，技術(shù)人員給記者演示了鈦酸鋰電池跌落、針刺、切割試驗，特別是鋼針刺穿進(jìn)電池之后，沒有發(fā)生燃燒、冒煙等現(xiàn)象，而且電池還能正常使用，同樣鈦酸鋰電池具有寬域的環(huán)境溫度。
盡管鈦酸鋰電池有長壽命、高安全、充電快的優(yōu)勢，但是鈦酸鋰電池的能量密度不夠高，只有鋰電池的一半左右。因此，他們把目標(biāo)市場放在了公交車、專用車輛，以及儲能電站等對能量密度要求不高的應(yīng)用場景。
在儲能電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，中科院物理研究所研發(fā)的鈉離子電池已經(jīng)開啟了商業(yè)化之路。相同的儲電量，鈉離子電池相比鉛酸電池，不僅體積小，而且重量大大減輕，同樣體積鈉離子電池的重量不到鉛酸電池的30%。在一款低速電動觀光車上，同樣的空間，儲存的電量增加了60%。
2011年，同樣師從陳立泉院士的中科院物理所研究員胡勇勝帶領(lǐng)團隊，開始致力于鈉離子電池技術(shù)的研發(fā)，經(jīng)過的10年技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出了鈉離子電池，在國內(nèi)以及全球鈉離子電池底層研發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地位。
相比鋰離子電池，鈉離子電池最大的一個優(yōu)勢就是原材料分布廣泛、價格便宜。生產(chǎn)負(fù)極材料的原料就是經(jīng)過洗選的煤炭，每噸的價格不到一千元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于幾萬元一噸的石墨價格。而另一種材料碳酸鈉，同樣資源量豐富，價格便宜。
鈉離子電池不易燃燒，安全性好，在零下40攝氏度都可以工作，但是能量密度不如鋰電池，目前只能用在低速電動車、儲能電站等對能量密度要求較低的領(lǐng)域。
展開 陳立泉院士研究新型納米硅鋰電池問世,整車?yán)m(xù)航里程翻倍
據(jù)工程師介紹，這輛搭載鈦酸鋰電池的公交車充電三分鐘，電量就從33%充到60%以上，僅僅8分鐘，公交車就已充滿了，電量顯示99%。
而且公交車線路固定，一般一個來回的公里數(shù)不會超過100公里，利用公交車司機休息的空擋，就可以充分發(fā)揮鈦酸鋰電池充電快的優(yōu)勢。而且工作溫度寬泛，在零下50℃的環(huán)境中，仍能正常充放電。
同時，該電池的循環(huán)放電壽命長，這家研究院，有一塊鈦酸鋰電池，在2014年開始就已進(jìn)行充放電循環(huán)試驗，如今已過了六年時間，充放電超過3萬次，電池容量只衰減了不到10%，性能十分優(yōu)異。
更值得關(guān)注的是，這款電池的熱失控保護性能更令人驚嘆，技術(shù)人員現(xiàn)場演示了鈦酸鋰電池跌落、針刺、切割試驗。特別是鋼針刺穿電池后，沒有發(fā)生燃燒、冒煙現(xiàn)象，而且電池還能正常使用。
不過，鈦酸鋰電池雖然具有這么多優(yōu)點，但是能量密度不夠高，只有鋰電池的一半左右。因此，他們把電池的目標(biāo)市場分，放在了公交車、專用車，以及儲能電站等對能量密度要求不高的應(yīng)用場景中。
來源：快科技、央視財經(jīng)
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賀泓/姜在勇/孫威/Geoffery Ozin Chem Catal：一種常壓CO2加氫制甲醇可回收光催化劑
隨著人類社會的快速發(fā)展及化石能源的巨量消耗，導(dǎo)致大氣中CO2的濃度急劇增長，并帶來了一系列嚴(yán)峻的環(huán)境問題，如氣候變暖，冰川融化和海洋酸化等，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的生存環(huán)境。光催化CO2加氫轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品將CO2與可再生能源有機結(jié)合，不僅有望解決環(huán)境問題，還可以緩解化石能源枯竭所帶來的能源危機，具有非常廣闊的研究前景，已成為當(dāng)前科研領(lǐng)域的研究熱點之一。相對于CO、CH4催化產(chǎn)物來說，CH3OH被認(rèn)為是一種更高價值的CO2催化產(chǎn)品。目前，很多CO2光催化轉(zhuǎn)化為甲醇的研究主要集中在高溫高壓條件，然而，很少的催化劑能夠在常壓溫和條件下，進(jìn)行光催化CO2轉(zhuǎn)化制甲醇。當(dāng)前，新型常壓CO2轉(zhuǎn)化制甲醇光催化劑的探索對科學(xué)研究和實際應(yīng)用具有非常重要的意義。
在這個工作中，研究團隊經(jīng)過了大量的理論篩選和實驗探究，發(fā)現(xiàn)了鈦酸銅鈣光催化劑能夠有效的在常壓溫和條件下將CO2光催化轉(zhuǎn)化為甲醇，并探索了商業(yè)化的鈦酸銅鈣活性，且與商用銅鋅鋁催化劑在常壓條件下進(jìn)行了活性對比，通過實驗表征及理論計算，建立了鈦酸銅鈣光催化劑結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系。
實驗中，研究人員首先通過高溫熔融鹽法制備了結(jié)晶性良好的鈦酸銅鈣光催化劑（XRD）。通過簡單的活性測試及TPR、XRD表征發(fā)現(xiàn)，碳酸銅鈣中銅元素的釋放對催化活性具有重要的影響，因此研究人員對原始的鈦酸銅鈣進(jìn)行了不同的預(yù)處理，來控制銅元素的釋放參數(shù)。
圖1. XRD、簡單活性測試及TPR測試：(A) CaCu3Ti4O12 XRD圖；（B）CaCu3Ti4O12 簡單CO2光催化活性測試圖；（C）CaCu3Ti4O12TPR圖；（D）對CaCu3Ti4O12不同預(yù)處理后樣品的XRD圖。
圖2.
展開 comsol中壓電陶瓷仿真學(xué)習(xí)-材料篇
壓電材料一般都是鋯鈦酸鉛、石英-天然陶瓷、聚偏二氟乙烯等進(jìn)行制作的。鋯鈦酸鉛被通稱為PZT，是強電介質(zhì)的鈦酸鉛（PbTiO3）和反強電介質(zhì)的鋯酸鉛（PbZrO3）的固溶體，成分是〔Pb（Zr-Ti）O3〕。居里點根據(jù)兩者的混合比例不同而不同，大約在320℃附近有。在居里點以下沒有轉(zhuǎn)變點非常穩(wěn)定。燒結(jié)性好，因為能夠充分的極化而且極化也比較的容易，所以能夠制作擁有高壓電常數(shù)的壓電陶瓷。通過改變混合比可以控制其機械Q值與相對介電常數(shù)等。
壓電材料制作流程：
壓電效應(yīng)的產(chǎn)生原因是晶體結(jié)構(gòu)自身的各向異性以及極化作用，默認(rèn)情況下所有壓電材料Z方向極化（X3-方向），并且默認(rèn)情況下材料與空間的Z方向重合，要改變極化方向，最簡單的做法就是創(chuàng)建一個新坐標(biāo)系，并指定到壓電材料上。
壓電材料有兩種本構(gòu)形式，一種是應(yīng)力-電荷形式，一種是應(yīng)變-電荷形式。這個根據(jù)自己獲得的哪種形式的參數(shù)決定，兩者都差不多。對其中應(yīng)力-電荷形式中關(guān)鍵的三個參數(shù)進(jìn)行介紹一下，首先是CE這個表示彈性矩陣，就是各個方向的楊氏模量；e表示耦合矩陣，就是壓電常數(shù)，表示電能轉(zhuǎn)化成位移能力的大??；表示介電矩陣，就是介電常數(shù)，表示電容量的大小。
展開 天津銀隆廠區(qū)停有幾百輛新能源客車，河北銀隆運營正常
據(jù)銀隆新能源官網(wǎng)介紹，其天津產(chǎn)業(yè)園（即天津銀?。┛傄?guī)劃用地11000多畝，計劃總投資約350億元，將建成涵蓋鈦酸鋰動力電池、氫燃料電池、純電動商用車和乘用車、電機電控集成系統(tǒng)等的新能源生產(chǎn)基地。
11月21日，天津銀隆廠區(qū)/圖片來源：每經(jīng)記者 張虹蕾 攝
此前，天津銀隆生產(chǎn)的多輛新能源公交車已經(jīng)交付使用。據(jù)天津本地多家媒體報道，2017年12月，天津銀隆首批生產(chǎn)的新能源公交車在靜海區(qū)投入運營，涉及的公交線路包括專線1路、583路、588路等。
那么，在董、魏二人紛爭公開發(fā)酵，銀隆新能源處于輿論的風(fēng)口浪尖時，天津銀隆此前的庫存積壓問題是否解決？為了解情況，《每日經(jīng)濟新聞》記者嘗試進(jìn)入天津銀隆參觀，并隨后聯(lián)系相關(guān)負(fù)責(zé)人希望當(dāng)面采訪了解生產(chǎn)情況，但相關(guān)工作人員表示目前生產(chǎn)正常，并婉拒記者采訪。
此外，記者注意到，上市公司科恒股份在2018年10月下旬回復(fù)深交所的問詢函中披露，天津銀隆產(chǎn)線投產(chǎn)計劃停滯。根據(jù)回復(fù)函，2017年9月，其子公司浩能科技陸續(xù)將合同設(shè)備運送到格力智能指定的場所（天津銀隆和成都銀隆），并于當(dāng)年年底前完成了安裝調(diào)試工作。但設(shè)備使用方（天津銀隆和成都銀?。┙?jīng)營情況不及預(yù)期，產(chǎn)線投產(chǎn)計劃停滯，生產(chǎn)處于不正常狀態(tài)。
和天津銀隆相比，河北銀隆的布局更早。在2016年，河北銀隆就成了邯鄲市武安的“明星企業(yè)”，并擁有“打造全球最大的鈦酸鋰納米材料生產(chǎn)基地”的光環(huán)。
不過，相較于前幾個月停產(chǎn)輿論，眼下的河北銀隆顯得十分平靜。河北銀隆位于武安市東二環(huán)處,這里也寄托著武安經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的希望。
11月22日，河北銀隆大門處/圖片來源：每經(jīng)記者 張虹蕾 攝
在河北銀隆的正對面，則是河北廣通廠區(qū)，“銀隆鈦、廣通車”六個字的宣傳海報赫然在立?！睹咳战?jīng)濟新聞》記者發(fā)現(xiàn)，工廠內(nèi)有穿著工作服的工作人員在走動。
展開 鈦及鈦合金新工藝、新技術(shù)、新用途介紹
1、鈦及鈦合金性質(zhì)簡介
1.1 鈦簡介：
鈦是一種新型材料，具有密度小、比強度高、耐熱和抗腐蝕等優(yōu)點。它的重量僅有鐵的一半，但是其力學(xué)性能例如錘擊、拉延等卻和銅不分上下。一般來講隨著溫度的降低，金屬的抗擊打性能會下降，但是鈦卻恰恰相反，溫度越低，鈦會變得越來越堅硬，并且在達(dá)到臨界溫度時會出現(xiàn)超導(dǎo)的現(xiàn)象。
1.2 鈦合金簡介：
鈦合金和鈦在某種程度上性質(zhì)類似，具有密度小強度高的特點，此外其機械性能十分優(yōu)異，抗腐蝕能力較強。而且其熱強度高，明顯優(yōu)于鋁合金，同時在低溫和超低溫下其力學(xué)性能變化不大。
2、鈦的新工藝、新技術(shù)及新用途
2.1 鈦的制備方法
雖然鈦在自然界中含量相對豐富，但是因為其存在分散，且難以提取，所以鈦也是一種稀有金屬。目前來說鈦的制備一共分為兩大類 ：熱還原法和熔鹽電解法。
(1)熱還原法制備鈦
熱還原法是在一定溫度下，利用Li、Na、Mg、Ca及其氫化物等強還原劑，把鈦從鈦的化合物如TiCl 4 、TiO 2 、K 2 TiF 6 等中還原出來。根據(jù)鈦化合物的不同，可將熱還原法制備鈦的技術(shù)分為三大類 ：
①鈦的氯化物的氧化還原法，如Kroll法、Hunter法、Armstrong法和EMR法等 ;
②鈦的氧化物的氧化還原法，如OS法、PRP工藝、MHR法等 ;
③鈦酸鹽的氧化還原法。
目前只有Kroll法和Hunter法能夠成功應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。Kroll法是利用金屬鎂將氯化物中的鈦置換出來，Hunter法是利用金屬鈉將氯化物中的鈦置換出來。此外，美國芝加哥國際鈦粉公司開發(fā)的Armstrong法，其制備方法類似于Hunter法，也是利用還原劑鈉對金屬鈦進(jìn)行提純。美國已經(jīng)開始利用這一方法進(jìn)行工廠里面的預(yù)生產(chǎn)。
展開 鈦及鈦合金新工藝、新技術(shù)、新用途介紹
1、鈦及鈦合金性質(zhì)簡介
1.1 鈦簡介：
鈦是一種新型材料，具有密度小、比強度高、耐熱和抗腐蝕等優(yōu)點。它的重量僅有鐵的一半，但是其力學(xué)性能例如錘擊、拉延等卻和銅不分上下。一般來講隨著溫度的降低，金屬的抗擊打性能會下降，但是鈦卻恰恰相反，溫度越低，鈦會變得越來越堅硬，并且在達(dá)到臨界溫度時會出現(xiàn)超導(dǎo)的現(xiàn)象。
1.2 鈦合金簡介：
鈦合金和鈦在某種程度上性質(zhì)類似，具有密度小強度高的特點，此外其機械性能十分優(yōu)異，抗腐蝕能力較強。而且其熱強度高，明顯優(yōu)于鋁合金，同時在低溫和超低溫下其力學(xué)性能變化不大。
2、鈦的新工藝、新技術(shù)及新用途
2.1 鈦的制備方法
雖然鈦在自然界中含量相對豐富，但是因為其存在分散，且難以提取，所以鈦也是一種稀有金屬。目前來說鈦的制備一共分為兩大類 ：熱還原法和熔鹽電解法。
(1)熱還原法制備鈦
熱還原法是在一定溫度下，利用Li、Na、Mg、Ca及其氫化物等強還原劑，把鈦從鈦的化合物如TiCl 4 、TiO 2 、K 2 TiF 6 等中還原出來。根據(jù)鈦化合物的不同，可將熱還原法制備鈦的技術(shù)分為三大類 ：
①鈦的氯化物的氧化還原法，如Kroll法、Hunter法、Armstrong法和EMR法等 ;
②鈦的氧化物的氧化還原法，如OS法、PRP工藝、MHR法等 ;
③鈦酸鹽的氧化還原法。
目前只有Kroll法和Hunter法能夠成功應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。Kroll法是利用金屬鎂將氯化物中的鈦置換出來，Hunter法是利用金屬鈉將氯化物中的鈦置換出來。此外，美國芝加哥國際鈦粉公司開發(fā)的Armstrong法，其制備方法類似于Hunter法，也是利用還原劑鈉對金屬鈦進(jìn)行提純。美國已經(jīng)開始利用這一方法進(jìn)行工廠里面的預(yù)生產(chǎn)。
展開 鋰電池極片設(shè)計基礎(chǔ)、常見缺陷和對電池性能的影響
而對于鈦酸鋰負(fù)極，采用正極過量設(shè)計，電池容量由鈦酸鋰負(fù)極的容量確定。正極過量設(shè)計有利于提升電池的高溫性能：高溫氣體主要來源于負(fù)極，在正極過量設(shè)計時，負(fù)極電位較低，更易于在鈦酸鋰表面形成SEI膜。
(4)涂層的壓實密度及孔隙率
在生產(chǎn)過程中，電池極片的涂層壓實密度通過下式計算，
而考慮到極片輥壓時，金屬箔材存在延展，輥壓后涂層的面密度通過下式計算。
前面提到，涂層由活物質(zhì)相、碳膠相和孔隙組成，孔隙率可由下式計算。
其中，涂層的平均密度為：
鋰電池電極是一種粉體顆粒組成的涂層，由于粉體顆粒表面粗糙，形狀不規(guī)則，在堆積時，顆粒與顆粒間必有孔隙，而且有些顆粒本身又有裂縫和孔隙，所以粉體的體積包括粉體自身的體積、粉體顆粒間的孔隙隙和顆粒內(nèi)部的孔隙，因此，相應(yīng)的有多種電極涂層密度及孔隙率的表示法。
粉體顆粒的密度是指單位體積粉體的質(zhì)量。根據(jù)粉體所指的體積不同，分為真密度、顆粒密度、堆積密度三種。各種密度定義如下：
a. 真密度指粉體質(zhì)量除以不包括顆粒內(nèi)外空隙的體積(真實體積)，求得的密度。即排除所有的空隙占有的體積后，求得的物質(zhì)本身的密度。
b. 顆粒密度指粉體質(zhì)量除以包括開口細(xì)孔與封閉細(xì)孔在內(nèi)的顆粒體積，求得的密度。即排除顆粒之間的空隙，但不排除顆粒內(nèi)部本身的細(xì)小孔隙，求得的顆粒本身的密度?！?c. 堆積密度，即涂層密度，指粉體質(zhì)量除以該粉體所組成涂層的體積，求得的密度。其所用的體積包括顆粒本身的孔隙以及顆粒之間空隙在內(nèi)的總體積。
對于同一種粉體，真密度>顆粒密度>堆積密度。
展開 基于電動汽車電池加熱器的控制方法優(yōu)化
2、PTC介紹2.1 PTC檔位介紹PTC加熱器，是一類以鈦酸鋇（BaTiO3）鈦酸鍶（SrTiO3），鈦酸鉛（PbTiO3）為基本組成的半導(dǎo)體陶瓷。這種陶瓷在較低溫度時，電阻值偏低，但當(dāng)溫度在某一溫度（稱為居里溫度）以上時，其自身電阻急劇上升3~8個數(shù)量級（103~108倍），電阻體具有較大的正溫度系數(shù)。PTC具有換熱效率高、安全性高和壽命長的優(yōu)點。本文的加熱器是由三個不同加熱功率的PTC（PTC1、PTC2、PTC3）組成，每個PTC分別由1個，絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）控制通斷，通過汽車總線將加熱需求以及加熱檔位發(fā)送給PTC控制器，PTC控制器根據(jù)需求指令及當(dāng)前狀態(tài)，控制不同的PTC工作將車載動力電源的電能轉(zhuǎn)化為熱能。加熱器的電氣結(jié)構(gòu)見圖2，PTC1、PTC2、PTC3分別具有不同的加熱功率，通過請求不同的PTC或者請求多個PTC同時工作組合成6個加熱檔位，見表1，PTC的檔位請求采用脈沖寬度調(diào)制（Pulsewidthmodulation，PWM）信號作為IGBT驅(qū)動電路的輸入信號，通過改變PWM信號的占空比來控制加熱器以不同的檔位工作。
2.2 PTC沖擊電流PTC的陶瓷體電阻與自身溫度有關(guān)。在溫度很低時，PTC阻值隨著溫度的上升而下降，呈現(xiàn)負(fù)的溫度系數(shù)；PTC的溫度上升到一定值后，PTC阻值隨著溫度上升而上升，呈現(xiàn)正的溫度系數(shù)。圖3為PTC的電阻-溫度特性曲線，在曲線a點PTC的溫度較低，電阻比較小，在恒定電壓下PTC有較大的工作電流；隨著PTC產(chǎn)生的熱量逐漸增加，PTC溫度上升，電阻值會進(jìn)一步下降到達(dá)b點，電流值此時達(dá)到最大；當(dāng)PTC的溫度進(jìn)一步升高達(dá)到c點后，電阻值開始有上升的趨勢，電流也會跟隨逐漸減小，c點以后很小的溫度上升就會導(dǎo)致電阻的大幅度增長，電流也會跟隨迅速降低。
展開 
電池+石墨烯 未來電動車充5分鐘跑300公里
而根據(jù)材料不同，還分為磷酸鐵鋰、鈦酸鐵鋰以及三元鋰電池。市面上幾乎所有新能源汽車都內(nèi)置這三類電池，無論是新能源汽車企業(yè)的翹楚特斯拉，還是當(dāng)前新能源汽車領(lǐng)軍者的比亞迪，都在這個“局”中。
隨著新能源汽車的全面提速，三種技術(shù)路線之間的淘汰賽已經(jīng)分出勝負(fù)，磷酸鐵鋰和鈦酸鐵鋰逐漸掉隊，三元鋰電池單獨領(lǐng)跑。
石墨烯的加入，盡管不能在短時間內(nèi)作為單一的品類徹底顛覆鋰電池。但作為一種添加劑和催化劑，還是能夠改變電池領(lǐng)域的現(xiàn)有格局，讓磷酸鐵鋰看到逆襲希望。公開資料顯示，國軒高科擬將“青島國軒年產(chǎn)3億Ah高比能動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化項目”調(diào)整為“青島國軒年產(chǎn)2Gwh高比能動力鋰電池項目”。產(chǎn)品類型由三元電池調(diào)整為磷酸鐵鋰電池。在近期接受投資者的調(diào)研過程中，國軒高科更表達(dá)了自己對磷酸鐵鋰電池應(yīng)用前景的看法，隨著技術(shù)不斷迭代，其認(rèn)為未來磷酸鐵鋰市場應(yīng)用空間依舊非常廣闊。
一位不愿透露名字電池專家表示，假如石墨烯能夠大幅縮短快充時間，隨著補貼滑坡，真正市場化以后，磷酸鐵鋰的低成本、長壽命、高安全性優(yōu)勢會顯現(xiàn)出來。
或填補石墨烯高端應(yīng)用的空白
在石墨烯領(lǐng)域，國內(nèi)和國外企業(yè)采取不同的策略。國外是先投入大量資金進(jìn)行基礎(chǔ)研發(fā)，隨后再尋求應(yīng)用。業(yè)內(nèi)公認(rèn)對于石墨烯投入研究資金的是三星，申報大量專利，不僅將石墨烯應(yīng)用在顯示屏上，而且進(jìn)行石墨烯電池的研發(fā)。國內(nèi)則是先進(jìn)行模式搭建，建立企業(yè)，再找尋下游市場。
來自中國經(jīng)濟信息社發(fā)布的《2016-2017中國石墨烯發(fā)展年度報告》顯示2016年以來，中國石墨烯企業(yè)爆發(fā)式增長，年新增企業(yè)超過700家，但在具體應(yīng)用上，過于粗放，大材小用。石墨烯真正能夠發(fā)揮作用的應(yīng)該是能充分利用其“輕、薄、柔”等結(jié)構(gòu)特點的場合，或在微納芯片、光電子等核心器件里。
專家表示，石墨烯在汽車電池上應(yīng)用，填補了石墨烯高端應(yīng)用的空白。
展開 全固態(tài)平面鋰離子微型電容器研究獲進(jìn)展
該微型電容器以高導(dǎo)電石墨烯為集流體，以高電壓離子凝膠作為電解質(zhì)，以納米鈦酸鋰為負(fù)極和活化石墨烯為正極構(gòu)筑出高離子電子傳導(dǎo)的平面交叉指型微電極，進(jìn)而在一個基底上組裝出全固態(tài)鋰離子微型電容器。該鋰離子微型電容器具有高能量密度53.5mWh/cm3，高于目前報道的鋰薄膜電池和微型超級電容器。同時，該鋰離子微型電容器具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，6000次循環(huán)后電容保持率為98.9%;具有高溫電化學(xué)穩(wěn)定性，能在80°C條件下穩(wěn)定工作;以及具有優(yōu)異的機械柔性，在各種彎曲和扭曲狀態(tài)下達(dá)到性能基本沒有衰減。此外，該鋰離子微型電容器表現(xiàn)出良好的模塊化集成能力，無需金屬連接體，可有效調(diào)控輸出的工作電壓和容量。因此，該工作為開發(fā)柔性化、小型化、智能化儲能器件提供了新的策略。
展開 Empa和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出極大提高量子點發(fā)光亮度的技術(shù)
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，最近，Maksym Kovalenko領(lǐng)導(dǎo)的Empa和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員，合作開發(fā)了一種能夠極大提高鈣鈦礦量子點發(fā)光亮度的方法，該方法未來可用于顯示器和量子技術(shù)。據(jù)介紹，該合作團隊創(chuàng)造了一種特殊的分子，能夠在量子點周圍形成一個保護層，正是這種保護層讓量子點材料的發(fā)光效率更高，除此以外，他們還利用量子力學(xué)效應(yīng)來增加每秒產(chǎn)生的光子數(shù)量。最終，改進(jìn)后的鈣鈦礦量子點材料可用于光子的生產(chǎn)、顯示器和有機化學(xué)中的光活化催化劑。這項研究成果，發(fā)表在了科學(xué)期刊《自然》上。
圖1. 研究成果示意
量子點材料發(fā)光亮度增強
Empa和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種能夠極大提高鈣鈦礦量子點材料發(fā)光亮度的方法，鈣鈦礦量子點是一種能夠發(fā)射特定顏色或單個光子的人造原子。這一研究成果對顯示器和量子技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。據(jù)介紹，該團隊使用了化學(xué)方法和一種量子力學(xué)效應(yīng)來提高這些量子點的發(fā)光亮度。
量子點和鈣鈦礦發(fā)光材料
眾所周知，量子點是由一些半導(dǎo)體材料制成的，尺寸只有幾納米。它們具有發(fā)出特定顏色甚至單個光子的能力，這對當(dāng)前炙手可熱的量子技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要。近年來，由鈣鈦礦發(fā)光材料制成的量子點，因其獨特的光學(xué)性質(zhì)和成本效益而受到關(guān)注。鈣鈦礦是一種具有與礦物鈣鈦礦（鈦酸鈣）類似結(jié)構(gòu)的材料，這些量子點在制成之前，需要與一些液體混合形成分散體。
改善量子點特性
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和Empa的Maksym Kovalenko領(lǐng)導(dǎo)的這個研究小組，與烏克蘭和美國的同行合作，展示了如何進(jìn)一步改善鈣鈦礦量子點性能的可能。他們使用化學(xué)方法進(jìn)行表面處理和一種量子力學(xué)效應(yīng)，這在鈣鈦礦量子點研究中是前所未有的。研究人員最近在科學(xué)期刊《自然》上發(fā)表了兩篇相關(guān)論文。
展開 讀者投稿｜關(guān)于純電動汽車電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
鋰離子電池，根據(jù)正極材料的不同可以分為如下五種磷酸鐵鋰，三元（鎳鈷錳NCM）,錳酸鋰，磷酸錳鐵鋰，鈦酸鋰。
表1 不同正極電池性能對比
注：因為不同廠家的材料和工藝，裝配形式區(qū)別，表中參數(shù)僅供參考。
2021年，受益于磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈布局的完整，較深的技術(shù)儲備，各大電池企業(yè)都加大了對磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)的產(chǎn)能規(guī)劃，使得市場對磷酸鐵鋰電池需求量高速增長。2021年1-12月，我國動力電池產(chǎn)量累計219.7GWh，同比累計增長163.4%。其中，三元電池產(chǎn)量累計93.9GWh，占總產(chǎn)量42.7%，同比累計增長93.6%；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計125.4GWh，占總產(chǎn)量57.1%，同比累計增長262.9%。中國市場磷酸鐵鋰電池裝機量已經(jīng)超過三元電池裝機量。
●電芯結(jié)構(gòu)對比
電芯的構(gòu)成方式直接決定了模組和電池包的設(shè)計，如圖3。電芯的結(jié)構(gòu)決定了電池的特征，如表2，將軟包電芯和圓柱形電芯及方殼電芯進(jìn)行了對比。
圖5 不同電芯結(jié)構(gòu)組成模組和電池包
表2 不同電芯都成電池包對比
●電芯的裝配工藝對比
鋰離子電芯核心制造工藝分為疊片工藝和卷繞工藝，目前各大電池廠商都在基于自身產(chǎn)品特點設(shè)計相應(yīng)的制作工藝，逐漸形成各自的核心競爭力。
圖6 疊片工藝流程圖
圖7 卷繞工藝流程圖
總結(jié)：
◎未來隨著電動車?yán)锍绦枨蟮脑龈?，提高動力電池能量密度和功率密度將會是重要趨勢，與之相關(guān)的是汽車整車的輕量化設(shè)計配套完善。
◎無論是三元電池還是磷酸鐵鋰電池，面對新能源市場的持續(xù)升溫，如何克服產(chǎn)能爬坡的問題是各大主機廠和電池廠面臨的瓶頸問題。
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