锂离子电池开题报告[1]

一、国内外研究动态、选题依据和意义

锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。由于其具有高能量、寿命长、低能耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域。[1]锂离子电池主要由正极、负极、和电解质溶液等组成。电极材料是决定锂离子电池的整体性能水平的关键。电解质溶液的性质、组成和浓度也是决定锂离子电池充放电性能的重要因素，对于锂离子电池的制备工艺也起重要的作用。锂离子电池正极、负极和电解质材料的研究是整个锂离子电池研究领域的重点，备受世界的重视。[3]

在第215届电化学会议中，新型电极材料仍是锂离子电池的研究热点之一，与传统正极材料LiMn204、LiCoO2、LiMnPO4相比，LiFePO4正极材料所特有的安全性能引起了人们的重视。其中粘结剂作为非导电的活性材料在锂离子电池中的重要性开始逐渐被认识和接受。美国劳伦斯伯克利国家实验室研究了电极循环性能与电极片机械能的关系，发现电极的机械能与长期循环性能的关系密切，电极的损坏，特别是碳负极的损坏主要源于极片力学性能的下降，指出电极材料并不是决定电极性能的唯一因素，粘结剂的性能和极片的制备方法、工艺也是必须考虑的。[4]

近年来，许多研究者不再局限于对某一材料的制备与优化，开始着眼于整个系统的匹配，优化电极片和制备方法，瞄准动力汽车的需求设计高能量电池和高功率电池，分析电池衰退的原因，开发满足动力电池需要的3000至5000次循环寿命的长寿命锂离子电池。[7]

涉及锂离子电池的研究内容和手段不断的丰富，对于锂离子电池制备工艺的提高也有很大的促进与提高。锂离子电池的制备工艺涉及多个方面的研究与创新，本课题的学习与研究是对我们大学学习的一个重要的总结与检验。[10]

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

1.研究内容

本研究主要是通过对电池正极片、负极片的制备工艺（包括原料的选择和原料配比等）以及电池组装工艺的优化来制备容量和循环性能较好的扣式电池。2.解决的问题

（1）研磨充分、搅拌均匀、浆液粘度适中以保证制得的正极片无粉末脱落。（2）涂布均匀、涂层厚度适中以获得较好的循环性能。

（3）使组装好的电池的工装紧密度适中以保证测试结构具有较好的准确性和可靠性。[1]

三、研究步骤、方法及措施

1.电池正极片的制备[15]

（1）制浆

用专用的溶剂和粘结剂分别与粉末状的正极活性物质按一定比例混合经过研磨并搅拌均匀后，制成浆状的正极物质。

（2）涂膜

将制成的浆料均匀的涂覆于金属铝表面，烘干，制成正极片。

（3）分切

制成的电极片按照模具进行裁剪。

2.电池组装

按照正极片、隔膜、负极片的顺序放好，注入电解液，进行封口等工艺操作，制成电池。

3.电池性能测试

用LAND电池测试系统测试电池的循环性能。

四、研究工作进度

1-4 周翻译文献，查阅文献，撰写文献综述，设计实验方案，写开题报告。

5-8 周进行实验操作，探索制备电池正极材料工艺和组装电池方案。

9-12周分析问题，优化制备工艺，改善实验操作，组装电池并对其进行性能检测。

13-16周优化工艺参数。

17-18周撰写并修改报告。

锂离子电池纳米材料研究摘要:纳米负极材料(如

Sb ,SnSb ,CuSn 及Si) ,纳米正极材料(如CuS) 合成,电

化学性质,以及纳米材料的晶体结构与形貌在充

放电过程中的变化等研究. 此外具有纳米尺度阴离子的锂盐在聚合物电解质中的增塑作用以及纳米硅Raman 光谱和光致发光谱受电化学锂掺杂的影响. 最后对纳米材料的本征性质与其电化学性质的关系进行了讨论。.

最近10 年,在高能电池领域中锂离子电池已取得了巨大成功. 但消费者仍然期望性能更

高的电池面世,而这取决于对新的电极材料和电解质体系的研究和开发. 纳米材料具有比表面

积大,离子扩散路径短,蠕动性强和塑性高等特点,在锂离子电池中的应用已逐渐引起关注. 我

们实验室最近在负极材料,正极材料和聚合物电解质纳米增塑方面开展了一些工作,现简述如

下.

1 纳米负极材料

和锂离子电池中的碳材料相比,合金类负极材料一般具有较高的比容量,典型的如Si ,

Ge ,Sn ,Pb ,Al ,Ga ,Sb , In ,Cd , Zn[1～6 ] . 其中金属锡的理论比容量为990 mAh/ g ,硅为4 200

mAh/ g ,远高于碳的372 mAh/ g. 但锂反复的嵌入脱出导致合金类电极在充放电过程中体积

变化较大,逐渐粉化失效,因而循环性较差[7 ] . 解决这一问题的办法目前主要有两种:一是采

用氧化物作为前驱体[8～15 ] ,在充放电过程中氧化物首先发生还原分解反应,形成了纳米尺度

的活性金属,并高度分散在无定形Li2O 介质中,从而抑制了体积变化,有效地提高了循环性. 但是采用氧化物作为电极材料,会由于还原分解反应而带来的不可逆容量损失较大.

另一种办法是采用超细合金及活性/ 非活性复合合金体系. 超细合

金每个颗粒在充放电过程中

的绝对体积变化较小,非活性材料起到分散,缓冲介质的作用. 理论

上应具有好的循环性和较

小的容量损失. 已经报导的包括SnSbx ,SnAgx

[7 ,17 ] , FeSnx/ FeSnC[18 ,19 ] , CuSnx

[20 ] ,C/ Si[21 ] ,

nano- Si[22 ]等.

至今, 用于制备锂电池超细合金材料的主要方法有高能球磨[18 ,19 , 21 ] ,电化学沉积[7 ] ,水

溶液体系共还原法[17 ] .

下面简介我们实验室在纳米负极材料方面的工作.

1. 1 纳米负极材料的合成

在有机溶剂体系中利用共还原沉淀制备合金的方法,简称为溶剂热方法,已经用于合成纳

米尺寸的Co-Ni 合金,Cu-Ni 合金及Ⅲ-V 族化合物等材料[23 ] . 我们借鉴了这种方法,在低温制备了纳米尺度的具有枝晶结构的纯相Sb 单质,SnSb 和CuxSn 合金及其复合体系.

具体步骤为: 将SbCl3 和SnCl2 ·H2O

按5∶4 的摩尔比混合后溶于乙二醇中形成

0. 5 mol/ L 的溶液. 然后将Zn 粉按95 %的

计量比在超声搅拌下缓慢加入溶液中. 反

应温度控制在0. 0～1. 0 ℃. 最后,黑色的

沉淀用乙醇清洗,过滤,真空干燥后即得到

SnSb 合金样品. 用同样的方法,以SbCl3 为

原料,制得单质Sb , 以CuCl2 ,SnCl2·2H2O

为原料制得CuSnx 合金. 上述步骤及条件

的选择是在对溶剂体系(乙醇,丙三醇) , 温

度(室温,130 ℃) 和搅拌方式等对比研究基

础上优化的结果.

SnSb 合金,CuSnx 合金的X-射线衍射谱图,

衍射峰明显宽化. 根据Scherrer 公式计算,

三种样品的晶粒尺寸分别为20 nm ,25nm 和11 nm. 其中SnSb 合金为纯相的β- SnSb 结构

(JCPDS ,33-0118) ,CuSnx 的相结构与已知的合金相不符. 这些合金具有明显的枝晶结构.

2 为在丙三醇体系中合成制备的SnSb 合金的显微照片. 较低倍数下可以看到大多数颗粒具有松树叶状的外观. 在高倍照片中可以看到,主轴由尺寸不到60 nm 的三角形结相连而成,侧枝上具有和主轴类似的结构,这是一种典型的分形结构.

研究发现,溶剂种类对上述合金的形貌和颗粒尺寸有显著的影响[24 ] . 相同条件下, 在丙三醇中制备的合金其枝晶结构最完善,颗粒主轴及侧枝叶片的尺寸最小. 这可能是由于低温下

丙三醇溶液具有较高的粘度,因而溶液中局部的不均匀性最显著,促进枝晶结构的形成. 除此之外,温度对合金的晶粒尺寸的影响较大

[24 ] .利用我们提出的这种低温液相合成技术制备的合金颗粒尺寸小,方法简单易行

容易制备复合材料. 在制备SnSb 合金的溶液中预混了中间相碳小球MCMB ,得到了纳米合金

修饰表面的样品,合金颗粒尺寸为30～90 nm ,并且枝晶结构基本消失,

采用激光诱导气相沉积技术合成的纳米硅(80 nm) [25 ]和激光烧蚀法合成的纳米硅线(直径15 nm , 长1～100μm) [26 ] , 分别制备了纳米硅粉及纳米硅线复合负极.

1. 2 纳米负极材料的电化学行为

2300 为隔膜,金属锂为对电极组成两电极模拟电

池. 工作电极(SnSb) 中nano- SnSb ,碳黑,PVDF 的

重量百分比为80∶15∶5. 电池的组装及电极的制备

与前文同[14 , 22 ] . 图5 为nano- SnSb 模拟电池在恒

电流模式下的充放电曲线. 第一周的放电曲线明显

分为三个反应区域. 1. 3 V 到0. 8 V 之间有一斜

坡,往后的循环中不再出现. 根据我们对Sb2O3 和

SnO ,SnO2 的研究结果[14 ] ,这一电化学反应区域应

为nano- SnSb 合金表面氧化物的分解反应. 第二区

域为0. 8 V 的放电平台,于充电曲线1. 1 V 处可以

看到相应的平台, 这是典型的Li- Sb 合金的反

应[14 ] . 第三区域为0. 7～0. 0 V 的斜坡. 在充电过

程中可以看到相应的部分,应归结为Li- Sn 的多步

合金反应[13 ,14 ] . 与Besenhard 报道的SnSbx 相比, nano- SnSb 合金作为锂离子电池负极活性材

料的电化学充放电曲线

充放电曲线更加平滑[7 , 17 ] ,显示了纳米材料

的特征.nano- SnSb 的循环性明显优于单质Sn 及

nano- Sb[13 , 27 ] . 可能是嵌锂之后形成的Li3Sb

和LixSn 在纳米尺度上均匀分散,抑制了较大

的体积变化,因而减轻了粉化. 这需要进一步

的证实.nano- SnSb 在第一周的充放电效率达到了

80 % , 图5 示出约15 %左右的容量损失来自

于表面氧化物的分解. 这是由于纳米合金非

常活泼,能在空气中燃烧,必须置于惰性气氛

或真空中保存. 但在电极制备过程中其表面难

免被氧化. 因此造成不可逆容量损失. 今后需

对其表面进行化学修饰,避免氧化层带来的不

可逆容量损失. 一旦充放电效率进一步提高,

这种纳米合金有望替代碳负极材料.

(2) 纳米硅粉( SiNPs) 及纳米硅线( SiN2

Ws) 的电化学行为

图6 为纳米硅粉复合负极组成的锂电池

的充放电曲线. 复合负极中nano- Si , 碳黑, PVDF 的重量百分比为

40∶40∶20. 充放电的电流

密度为0. 1 mA/ cm2 . 电池的组装与前述相同. 可以看出, 其放电

电压平台在0. 4～0. 0 V 之

间,充电电压平台在0. 3～0. 6 V 之间,为硅的充放电曲线特征[22 ] . 其工作电压比较平稳,十分

适合电池的要求[22 ] . 和普通硅(50μm) 相比,其充放电曲线更加平滑. 更为突出的是, 第一周

·134 ·2000 年的放电容量达到2 900 mAh/ g ,第十周的可逆容量仍保持在1 700 mAh/ g ,是碳材料的5 倍,循环性远远优于普通硅[22 ] . 将充放电电流密度增大8 倍后,循环性基本不受影响,表明这种纳米复合电极的优异的动力学性质[22 ] .

锂离子电池nano- Si 复合负极的电化学充放电曲线

还可以看出,尽管第一周的充放电

效率达到了75 % ,但不可逆容量损失的绝对值

超过了600 mAh/ g ,这在实际锂离子电池中会

大大降低电池的能量密度. 观察发现,与碳材

料和氧化物负极的充放电曲线相比,1. 2～0. 6

V 的不可逆放电平台并不明显. 非现场的红外

光谱也未出现Li2CO3 和ROCO2Li 的特征

峰[27 ] . 显然,容量损失的主要原因并非类似于

碳表面的电解质还原分解反应或氧化物的分

解反应,而是发生在较低的电位反应区域. 我

们推测,纳米材料表面具有大量悬键. 而且锂

离子的嵌入也会造成结构缺陷. 这些悬键或缺

陷位将锂离子捕获后,在一般的恒流充电下不

容易脱出,滞留在纳米材料中, 因此造成较大

的容量损失. 这一问题还将在1. 4 节中讨论.

类似于nano- SnSb 和SiNPs , nano- Sb ,

nano-CuSnx 和SiNWs 的充放电曲线也表现了

纳米材料的性质, 但循环特性不如前两者,在

此不作进一步介绍.

1. 3 纳米负极材料在充放电过程中的团聚

较大尺寸的合金负极材料在充放电循环中存在粉化失效的问题. 与此相反,我们发现纳米

材料容易发生团聚. 图7 为未添加弥散剂的nano- SnSb 电极放电至0 V 后的SEM 照片. 对比

图2 ,初始的枝晶结构已被破坏,形成了较大的聚集体. 团聚的原因可能是大量锂离子嵌入后,

引起晶格膨胀,使相邻的纳米颗粒增加了接触的几率. 由于

Sn ,Sb ,Li 的重新占位,颗粒表面的

原子相互成键而使近邻的纳米颗粒逐渐融合. 由于纳米材料具有较大的表面能, 融合则有利

于降低表面能. 研究还发现,充电后这些团聚体并未分离. 显然,锂离子的脱出不足以使已经成

键的原子分离,反而会促进与之相连的原子成键. 在多次循环之后,团聚体的尺寸可以达到几

十微米[28 ] . 上述纳米颗粒在充放电过程中的融合现象也出现在所研究的nano- Sb ,SiNPs 和

SiNWs 负极材料中[28 ] .

纳米活性材料在充放电过程中团聚之后,离子的扩散路径变长,内部颗粒有可能失去电

接触,在动力学,循环特性上的优势将大大减弱. 为了解决这一问题,我们在制备电极时加入一

定量的碳黑作为弥散剂. 既能增加导电性,又可部分抑制纳米颗粒的团聚. 而且即使纳米颗粒

团聚之后,团聚体内的颗粒仍可保持较好的电接触. 在图5 和图6 的电极中,已分别添加了

15 %和40 %重量百分比的碳黑. 相对于未加弥散剂的样品,其循环特性大大提高[22 , 24 ] . 然而,

锂离子电池纳米材料研究

nano- SnSb 电极在放电至0 V(锂嵌入) 后的形貌

研究发现,即使碳黑的量加大到40 %也不能完全抑制纳米活性颗粒在充放电之后的团聚[28 ] .

这可能是反复循环造成容量逐渐衰减的重要原因. 而进一步增加碳黑的比例将大大降低电极

的比容量,特别是体积比容量. 因而单纯添加弥散剂不能从根本上解

决这一问题. 可能的改进

办法包括在每个纳米颗粒表面修饰一层结构稳定的活性或非活性物质,或将纳米合金分散在

碳颗料表面,如图3 所示. 这有待于今后的深入研究.

1. 4 纳米负极材料晶体结构在充放电过程中的变化

研究电极材料晶体结构在充放电过程中的变化,将有助于对其充放电机理及电化学性质

的了解. 单质Sb 的反应较为简单,非现场的X-射线衍射结果表明在放电态形成Li3Sb 相,并于

充电态恢复到Sb 的晶体结构[27 ] . β- SnSb 中Sn ,Sb 均为活性元素, 其反应机理较为复杂. 利

用我们合成的纯相β- SnSb , 用非现场的X-射线衍射确定其反应机理为[24 ] :β- SnSb 具有菱方相结构,Sn 和Sb 原子沿c 轴方向交替排列. 随锂的嵌入由单相转变为

Li3Sb 与Li- Sn 合金多相共存,而随锂的脱出又重新恢复到β- SnSb 单相,经循环二十次之后

这种相转变仍然是可逆的. 其不寻常之处是在室温下二元合金由单相分离为多相,分离相还可

恢复到单相. 反映了β- SnSb 结构的稳定性、Sn、Sb 原子之间较强的原子亲和力和协同作用、

Li ,Sn ,Sb 原子在室温下的快速扩散能力以及Li 离子在脱出时对分离的Sn、Sb 原子恢复到初始结构的促进作用. 精细的结构变进一步

的研究.

硅作为锂电池的负极材料,其电化学合金化反应在高温下经历了多相转变,可以分别形成

Li12Si7 、Li7Si3 、Li13 Si4 、Li22 Si5 四个相,充放电曲线上出现多个电压平台[29 ,30 ] . 但我们的研究

发现, 在室温下其充放电曲线并未看到多个平台,如图6 所示. 这说明其晶体结构的变化与高

温反应不同. 结合原位Raman ,HRTEM ,SAED 和ELLS 等手段,将SiNPs , SiNWs , c- Si , p- Si

电极放电或充电到不同的电压后研究发现,硅的晶体结构在充放电过程中变化如下所述, 实验方法见文献[31 , 32 ] .

随着锂离子的不断嵌入,硅的晶体结构从表及里逐渐破坏,无定形区域逐渐增加, 结晶区

域逐渐收缩,当大量锂离子嵌入后,最终全部形成亚稳态的无定形Li- Si 合金. 随着锂的脱出,

硅的有序结构逐渐恢复,结晶区域逐渐扩大,但初始的晶体结构无法全部恢复,其颗粒内部仍

存在少量无定形区域(充电至2. 0 V/ vs Li/ Li + ) . 研究证明,室温下形成的无定形结构是亚稳

态,于450 ℃退火后无定形Li- Si 合金出现了部分晶化[32 ] . 因此无定形结构的形成可能是室温

下大量锂离子快速进入硅晶格后,破坏了Si- Si 键,形成Li- Si 键,

但又没有足够的能量形成有

序的占位. 这与离子注入导致的晶格无序化过程比较类似[33 ,34 ] . 在充电过程中,随着锂离子的

不断脱出,结晶区域逐渐形成并长大,形成了有序的结构. 但在所研

究的充电条件下(恒流,充

电截至电压为2. 0 V) ,样品中仍然观察到较多的无定形区域,显然是未能脱出的锂离子造成

的,原因同1. 2 节所述.

从纳米硅粉电极的充放电曲线看,这种有序-无序- 有序的晶体结构

变化似乎对循环性能

影响不大. 但显然造成了第一周较大的容量损失.

2 纳米正极材料

随着半导体器件工作电压设计减小的趋势,2 V 左右的高能电池成为未来的重要发展方

向[35 ] . 大多数硫化物相对于金属锂Li + / Li 的电位在2 V 左右,并具有较高的比容量, 因此成

为首选的电极材料[35 ] . 同时, 将广泛使用的4 V 正极材料如LiCoO2 和LiMn2O4 等和硫化物

匹配, 其电池的工作电压也在2 V 左右. 因此, 硫化物在锂离子电

池中的应用逐渐引起关注.

最近,FeS2 作为二次锂电池电极材料的工作已有报道[36 ,37 ] .

硫化铜(CuS) 价格便宜, 资源丰富, 在本世纪70 年代作为一次电池

的电极材料曾被广泛

研究, 比能量密度达到300 Wh/ Kg[38 ] . 但由于其晶体结构不利于离子的嵌入脱出, 曾经长时

间被认为不适于作为可逆电极使用[39 ] . 后来发现在CuS/ Cu 和CuS/ Li[40 ]两种体系中具有一

定的循环特性. 由于CuS 的电子电导率较低,在负载使用中电池容量衰减太快[40 ] . 这些缺点

导致Li/ CuS 电池未能作为二次电池使用.

受纳米负极研究的启发, 我们认为纳米尺寸的CuS 可能会克服普通CuS 的一些缺点. 本

文比较了普通CuS 和超细CuS 的电化学特性,表明CuS 颗粒度的减小有利于循环特性的提

高.

纳米相CuS 的制备采用胶束法[41 ] . 硫脲为硫源, 氯化铜提供铜源,加氨水形成络合离子,

十二烷基磺酸钠作为表面活性剂. 在所得的胶体溶液中,添加一定量的乙醇破坏胶体的稳定

性. 将获得沉淀物真空干燥后,与碳黑和PVDF 混合均匀(质量比4∶4∶2) ,压片制成所需工作

电极. 电池的装配及测试方法同上.

典型的超细CuS 和CuS 试剂的XRD 衍射图样. 可以看出,超细CuS 与CuS 试剂的峰位十分吻合, 衍射峰明显宽化. 对照JCPDS 卡片,晶

体属于铜蓝矿结构, 无杂相. 根据

Scherrer 公式估算,晶粒尺寸为7 nm. 扫描电镜照片显示(见图8 (B) ) ,所得超细CuS 样品主

要由60 nm 左右粒子团聚成粒径约为500 nm 的大颗粒.

图9 (A) 是超细CuS 在1. 0～3. 0 V 区间前5 周的循环伏安曲线. 第一次充放电过程中,

锂离子电池纳米材料研究。

试剂CuS 和纳米相CuS 的XRD 衍射图样, (B) 纳米相CuS 的TEM 纳米CuS 和试剂CuS 分别作为电极活性材料的前5 周的循环伏安曲线

很明显的出现了两对氧化还原峰. 与文献结果一致[41 ] . 在随后的循环中, 这两对氧化还原峰

的峰位和峰形基本上保持不变. 对比试剂硫化铜的循环伏安曲线显然超细CuS

具有较好的循环特性,但还达不到锂离子电池的要求. 由于制备的CuS 尽管晶粒尺寸仅7 nm ,

但团聚后的颗粒尺寸仍然很大. 从动力学的角度考虑, 颗粒尺寸的影响更重要. 因此,纳米材

料的优势可能没有很好的体现. 进一步的工作正在进行.

3 聚合物电解质中锂盐的增塑效应

相对于传统的液体电解质而言,聚合物固体电解质有着一系列的优点,如长的储存寿命,

无漏液危险,易于装配成各种形状等等[42 ] . 但是,常温下大多数固体电解质的电导率很难满

足实际需要[42 ] . 研究表明,聚合物固体电解质中离子的输运主要发生在聚合物非晶区. 借助

PAN/ LiTFSI 二元聚合物电解质随锂盐

浓度增加的X-射线衍射图样于链段蠕动,部分锂离子得以跨越能垒跃迁到近

邻的位置, 从而实现离子传导过程[43 ] . 因此获得

具有高离子电导率的聚合物电解质的关键是降低

固体电解质玻璃化转变温度和增加非晶相的比

例[43 ] . 液体增塑剂的添加一般可以实现这一目

的, 但却部分失去了固体电解质的优点. 最近的

研究发现,聚合物电解质添加纳米陶瓷粉后,其室

温电导率有着数量级的提高[44 ] . 纳米粉起到了液

体增塑剂同样的作用,而且还有助于增加聚合物

电解质与电极界面的稳定性. 我们因此设想如果

锂盐分子的尺度也到达了纳米量级,是否也具有

增塑性? 本文报道了具有大尺寸阴离子基团的双

三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiN (CF3SO2) 2 或LiTF2

SI) 作为锂盐对聚丙烯腈(PAN) 晶体结构的影响.

将适量的PAN 和LiTFSI 溶解于二甲基甲酰

胺中,然后在充满氩气的手套箱中将此粘稠液涂

于玻璃板上,形成一层均匀薄膜. 在110 ℃下真

空干燥处理7 天后, 对膜样品分别进行XRD 和

FTIR 的测试.

图10 是不同AN/ Li 比例的P (AN) n-LiTFSI

体系的XRD 曲线. 可以看出,纯PAN 膜同时含

有晶态和非晶态两相[45 ] . 随着锂盐的加入,当n

= 20 时,代表晶态的衍射峰强度较纯PAN 膜中

的强度大为减弱,而非晶态漫射宽峰变化不明显.

这表明PAN 的结晶度大大减弱, 证实了这种大

阴离子基团的锂盐确实具有增塑作用. 随着锂盐

含量的进一步提高,至P(AN) 6-LiTFSI 时,原来位于17. 2°的锐峰基本上不能辨别, 可能和原

来位于23. 4°的宽衍射峰一起演化为一个新的宽衍射峰. 这种转变意味着聚合物电解质体系

已基本上非晶化. 对更高锂盐浓度的P(AN) 4-LiTFSI 和P(AN)

3-LiTFSI 而言,结果基本上是

重复的,XRD 变化不显著. 但是,当锂盐浓度增加至P(AN) 2-LiTFSI 时,在低2θ角度区,出现

两个新的宽衍射峰. 原来的宽衍射峰已经消失. 除了衍射峰更宽化之外,上述现象在P(AN) 1-

LiTFSI 中得到了重复. 很明显,由于晶态LiTFSI 衍射峰是非常尖锐[46 ] ,新衍射峰不可能归

属于它. 为了进一步理解LiTFSI 与PAN 的相互作用, 我们观测了不同比例样品的FTIR 谱

图.

图11 (A) 是SNS 弯曲振动模式[47 ] (646 cm- 1) 和SO2 基团的反对称弯曲振动模式[47 ] (598

cm- 1和617 cm- 1) 随锂盐浓度变化的IR 光谱. 从P (AN) 20-LiTFSI 到P (AN) 3-LiTFSI ,SNS

弯曲振动峰在656 cm- 1保持不动. 而对P(AN) 2-LiTFSI ,突然红移至到650 cm- 1 . SO2 基团的

PAN/ LiTFSI 聚合物电解质的FTIR 光谱

反对称弯曲振动, I617/ I598的强度比值在低

于P(AN) 2-LiTFSI 时,基本上保持大于1 ,

而对P(AN) 2-LiTFSI ,该强度比值小于1.

同样的趋势在SO2 基团的反对称伸缩振动

模式上也得到了验证(见图11 (B) ) . 在锂盐

浓度低于P (AN) 2-LiTFSI 时, I1350/ I1331

强度比值大于1 ; 高于此浓度时,比值小于

1. 以上光谱变化表明,在P (AN) 2-LiTFSI

时,体系的微结构发生明显的改变.

这种现象我们的理解是,在较低的锂

盐浓度,如P(AN) 20-LiTFSI ,由于大尺寸阴

离子( TFSI 阴离子的直径是0. 325 nm[48 ] ,

而晶态PAN 的链间距是0. 611 nm[46 ] ) 进

入链间,阻碍了链的规则排列[49 ] ,因而聚合

物的晶态组分迅速减少. 至P (AN) 6-LiTF2

SI 时, 聚合物基本处于非晶态. 因此,

P(AN) 4-LiTFSI 和P ( AN ) 3-LiTFSI 的

XRD 变化不显著. 同时,相对于TFSI 阴离

子而言,PAN 的IR 谱很弱,所以从IR 光谱

上很难辨别浓度变化对其影响. 在更高锂

盐区,尽管阴离子已高度聚集,但是锂盐仍

没有析出. 这可以从P (AN) 2-LiTFSI 与

LiTFSI 的红外光谱相似而不相同, XRD

衍射图样没有LiTFSI 的峰看出. 实际上,

在P(AN) 2-LiTFSI和P(AN) 1-LiTFSI体系

中锂盐所占的重量比分别达到71 %和

83 %. 根据PEO-LiTFSI 体系的研究结

果[50 ] ,此时体系已经处于polymer-in- salt

区域. 图10 已经表明polymer-in- salt 的物相结构是不同于

salt-in-polymer 区域的. 在polymerin-

salt 区域,锂盐中的阴离子团聚十分明显,其团聚体的直径明显大于单个阴离子的直径. 它

不仅使整个聚合物体系处于非晶态,而且由于聚合物链间距增大,导致了物相结构发生改变.

而这种阴离子的团聚体是导致polymer-in- salt 区域具有高离子电

导的主要原因[50 ] .

上述结果表明,具有纳米尺寸阴离子的锂盐在聚合物中具有自增塑作用. 其增塑机理本质

上是通过分子水平上掺杂来减弱聚合物链间相互作用力实现的. 所以,在高锂盐浓度区,在锂

盐不析出的前提下,能够实现从salt-in-polymer 到polymer-in-

salt 区域的相转变.

4 电化学嵌锂对纳米硅光学性质的影响

掺杂会明显改变材料的物理和化学性质. 在充放电过程中, 大量锂

离子嵌入到电极材料

中, 将同时伴随着等量电子的注入, 相当于n 型掺杂. 掺杂后宿主

材料的Fermi 能级, 能带结

构, 晶格结构以及化学组成会显著变化. 对于半导体Si , Ge , In , Ga 而言,Li 的大量掺杂还可

使这些材料由半导体转变为金属. 显然, 对于材料的改性,这种掺杂

具有重要的意义.

就纳米材料而言,普通方法很难实现室温下大量杂质原子的定量掺杂. 因此, 我们提出

利用电化学嵌入反应的方法对纳米材料进行n 型掺杂,已成功地将大

量锂离子( > 2. 2 moler/

per Si) 掺杂进入SiNPs , SiNWs , c- Si 和p- Si[31 , 32 ] . 所

锂电硕士开题报告赵阳

开题报告 题目：锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备 及电化学性能研究 院系名称：化学化工学院专业：化学 学生姓名：赵阳学号：20139167 指导老师：曹晓雨职称：副教授 2014 年11 月8 日

锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备及 电化学性能研究 一、本课题研究的目的和意义 随着现代社会的快速发展，能源的消耗也急剧增加，目前全世界己探明的化石燃料(煤、石油、天然气)的贮量在不久以后将会枯竭，面对严峻的能源短缺形式，探索新型的能源模式已成为21世纪必须解决的重大课题[1]。 目前人类可以利用的能源主要包括一次能源中不可再生的化石燃料(煤、石油、天然气)和可再生的太阳能、核能、风能、潮汐能、地热、生物能、海洋能等以及通过一次能源经过加工转换以后得到的二次能源中的电能、煤气、汽油、液化石油气、酒精、沼气、蒸汽、氢能源等。而如何使这些新能源转化成人类可以直接利用的能源呢?其中的一些能源转化则是依靠新能源材料，新能源材料是指能实现能源的最大化转化的过程中所用到得一些无机材料和有机材料，目前主要是以电池材料为代表的化学材料等，由此可见电池材料在实现能源转化过程中占有重要的地位。 电池材料的最大特点是在提供能源的高效率转化时，由于自身的优点能实现清洁生产和消耗，即能充分实现最佳原子利用率，实现原料的“零排放”，从而能减少对原材料的损耗，达到最优化的利用地球上有限的自然资源，实现社会的和谐发展。由此可见电池材料对解决今后的能源危机及其目前所造成的环境污染起着关键的作用，而锂离

子电池则是能实现高效能量储存与能源转换的最佳材料而得到社会的认可,是新型化学电源，具有高电压、高能量、体积小、内阻小、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等特点[2-5]。锂离子电池自上世纪90年代问世以来，因其卓越的性能迅速占领了许多应用领域，像大家熟知的手机、笔记本电脑、小型摄像机等产品的电源，而后又积极地渗透到其他领域，如电动交通工具、空间技术和国防工业等重大领域。美国著名的巴特尔研究所己把先进电池和燃料电池列为2020年十大关键技术。可见电池产业作为促进全球信息经济、绿色能源和环境友好的一个可行性方案，在技术、生产、市场上将获得长足的发展，即将形成一个全球性的支柱型产业。另外，中国是贫油的国家，从长远的国家战略来看，传统化石燃料等矿物能源将会很快枯竭，能源短缺的形式将更为严峻，因此促使锂离子电池的稳定快速的发展，使之成为一种产业化的新的能源模式具有重大的战略意义。 二、锂离子电池工作原理 锂离子电池是指用两个可逆的嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。锂离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜组成，其实质是锂离子浓度差电池:充电时，锂离子从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态;放电时，锂离子从负极脱出并插入正极，正极处于富锂态[6]。在充放电过程中，锂离子在正极和负极之间来回的迁移，所以锂离子电池被形象的称为“摇椅式电池”。在此过程中，由于锂离子在正、负极材料中有相对固定的空间和位置，因此电池充放电反应的可逆性良好，从而保证了电池的长循

铅酸蓄电池充电器设计开题报告

铅酸蓄电池充电器设计开题报告 铅酸蓄电池充电器设计开题报告 1、目的及意义 中国是全球铅酸蓄电池的产销大国，铅酸蓄电池已有200多年的历史，是一种应用广泛的动力电源。具有原材料易得、价格低廉、可靠性好等优点，目前约有95,的市场占有率。铅酸蓄电池作为稳定电源和主要的直流电源，需求广泛，用量巨大，与我们的社会生活息息相关。由于铅酸蓄电池维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛作为汽车、飞机、轮船等机动车辆或发电机组的启动电源，也在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。 蓄电池放电后的充电问题一直是有争议的问题，目前很多充电机由于性能技术不完善，常常导致蓄电池提前损坏的现象。随着经济的发展，大容量蓄电池的应用迅速增加，人们希望能快捷、安全地对蓄电池进行充电。因此，为了适应市场的需求，我们需要设计一种恒流-恒压-恒流铅酸蓄电池智能充电器。 2、基本内容和技术方案 此次设计利用单片机的软、硬件技术，设计一台具有恒压-恒流特性的牵引式铅酸蓄电池智能充电装置，该装置能够实现对蓄电池的电压进行检测、判别，按U-I特性曲线进行充电，对充电过程进行自动监控。基本内容有: 1、有关铅蓄电池的电化学原理和充放电原理。 2、关于充电器对铅蓄电池充电的原理及其电路设计。 3、涓电流对电池充电的原理及其特点。 4、充电器对充电过程的检测及其自动转换。 5、充电器在充电过程中对电池的保护功能。 6、电路设计及其元件的选择调试等。

本次设计采用的方案是分阶段充电方法，充电曲线图如下: I(A)、U(V) 1C U(t) I(t) 0.09C 0t(h) t1t2t3快充慢充涓流充 在快充阶段(0,t1)，充电器以恒定电流1C对蓄电池充电，由单片机控制快充时间， 避免过量充电;在慢充阶段(t1,t2)，单片机输出PWM控制信号，控制斩波开关通断，以恒定电压对蓄电池进行充电，此时充电电流按指数规律下降，当电池电压上升到规定值时，结束慢充，进入涓流充阶段;在涓流充阶段(t2,t3)，单片机输出的PWM控制信号，使充电器以约0.09C的充电电流对蓄电池充电，在这种状态下，可长时间对蓄电池充电，从而能最大限度地延长蓄电池寿命。 系统的结构框图如下: 220V交铅酸蓄电斩波电 流电源池路 电源变隔离，驱 换电路动电路 辅助电单片机 源 3、进度安排 1)第1周:选题，下达设计任务书，理解相应的设计内容;

锂离子电池开题报告

一、国内外研究动态、选题依据和意义 锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。由于其具有高能量、寿命长、低能耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域。[1]锂离子电池主要由正极、负极、和电解质溶液等组成。电极材料是决定锂离子电池的整体性能水平的关键。电解质溶液的性质、组成和浓度也是决定锂离子电池充放电性能的重要因素，对于锂离子电池的制备工艺也起重要的作用。锂离子电池正极、负极和电解质材料的研究是整个锂离子电池研究领域的重点，备受世界的重视。[3] 在第215届电化学会议中，新型电极材料仍是锂离子电池的研究热点之一，与传统正极材料LiMn204、LiCoO2、LiMnPO4相比，LiFePO4正极材料所特有的安全性能引起了人们的重视。其中粘结剂作为非导电的活性材料在锂离子电池中的重要性开始逐渐被认识和接受。美国劳伦斯伯克利国家实验室研究了电极循环性能与电极片机械能的关系，发现电极的机械能与长期循环性能的关系密切，电极的损坏，特别是碳负极的损坏主要源于极片力学性能的下降，指出电极材料并不是决定电极性能的唯一因素，粘结剂的性能和极片的制备方法、工艺也是必须考虑的。[4] 近年来，许多研究者不再局限于对某一材料的制备与优化，开始着眼于整个系统的匹配，优化电极片和制备方法，瞄准动力汽车的需求设计高能量电池和高功率电池，分析电池衰退的原因，开发满足动力电池需要的3000至5000次循环寿命的长寿命锂离子电池。[7] 涉及锂离子电池的研究内容和手段不断的丰富，对于锂离子电池制备工艺的提高也有很大的促进与提高。锂离子电池的制备工艺涉及多个方面的研究与创新，本课题的学习与研究是对我们大学学习的一个重要的总结与检验。[10] 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 1.研究内容 本研究主要是通过对电池正极片、负极片的制备工艺（包括原料的选择和原料配比等）以及电池组装工艺的优化来制备容量和循环性能较好的扣式电池。 2.解决的问题 （1）研磨充分、搅拌均匀、浆液粘度适中以保证制得的正极片无粉末脱落。（2）涂布均匀、涂层厚度适中以获得较好的循环性能。 （3）使组装好的电池的工装紧密度适中以保证测试结构具有较好的准确性和可靠性。[1]

锂电池生产线涂布模块电气控制系统的设计【开题报告】

开题报告 电气工程及其自动化 锂电池生产线涂布模块电气控制系统的设计 一、课题研究意义及现状 锂离子电池是目前理想的新一代绿色能源，它具有储能比能量高、循环寿命长、不会产生污染等优点。由于锂电池有着显著的优越性，世界各国都很重视，尤其是动力锂电池更备受关注。 我国现在已是世界上的电池制造大国，目前的电池产量和出口量都位居世界第一。但需要知道的是，国内目前涉足动力锂电池的企业，无论是材料生产商，电芯制造企业，还是其他配套的企业，多数对行业、市场缺乏深刻了解，在技术上也存在着各种瓶颈，并且一时难以找到有效解决方案。此外，由于锂电技术发展迅速，随着锂电池材料、型号、质量要求以及工艺需求的不断改变，国内还没有建立一套统一的锂电池行业标准。由此可见，我国的整体技术比国外要落后的多，要想在国际市场上占有一席之地，必须要有自己的核心技术。 今后，国内各大锂电池生产企业必须以全自动化、高精度设备为发展方向，生产出具有自主产权的高性能专用生产设备，保证产品的高品质，不断扩大市场需求，走向世界。目前，中国锂电已经进入自足时代，量产能力迅速成长，在性价比上拥有外资品牌暂时无法比拟的优势。不过，在保证电池一致性方面，半自动生产方式显然无法企及全自动化生产。因此不少厂商在市场上初步站稳脚跟之后，不惜投入大量资金引进全自动生产线。由于国内在该行业的落后，技术上的瓶颈得不到解决，国内很多专门生产锂电池设备的大公司也只能先通过引进国外的先进设备，然后经过一段时间的调试和熟悉，摸透生产设备的设计原理和机器性能之后，然后由工程师模仿人家的技术做出自己的设备来。 锂电池属于一个新兴的绿色能源行业，锂电池生产技术也是一门新兴科技。目前，国内从事锂电池设备研究和生产的企业为数很少，主要以深圳雅康、浩能、鸿宝、锂易安等几家公司为主。这几家公司主要以生产间歇式涂布机、连续涂布机、连续分条机、微电脑裁切机、全自动卷绕机、半自动卷绕机等设备为主。在锂电池生产工艺过程中，包含以下环节：搅料、涂布、对辊、剪裁、焊接、卷绕、封装、注液、高温老化、检测、包装。其中，涂布环节显得尤为重要。锂电池的性能和使用寿命等优越性是通过每一道生产工艺过硬的技术参数和生产技术体现出来的，而在涂布这个生产工艺要求最高，极片的厚度、致密度、粘稠度、留白都是随时要调节的重要参数，还有张力、速度、温度等方面的控制，这一系列的技术参数都要求设备具备高精准、高精度的特性，而这一系列动作都要依靠于电气控制，而国内从事于锂电池生产设备研发的相关人员又很少，所以把涂布模块的电气控制系统的研究作为我的毕业设计相当有意义。

开题报告——基于单片机的锂离子电池电量检测系统毕业设计论文

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 南昌工程学院 09 级毕业（设计）论文开题报 告 机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专 业 题目基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 班级09电气工程及其自动化（1）班 学号 指导教师饶繁星

日期2013 年 1 月 4 日 南昌工程学院教务处订制

题目：基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 一、选题的依据及课题的意义 随着手机、数码相机、摄像机、手提电脑、音频视频播放器等便携式电子设备的迅猛发展，由于其便携性的特点，便携式设备必须由电池来进行供电。目前，便携式仪表的主流供电电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂电池和锂聚合物电池等。与其它主流可充电电池相比，具有高单体电池电压、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率等优点。锂电池是指以锂为负极材料的化学电池的总称，大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，该类电池具有较高能量质量比和能量体积比。 为了提高电池的使用率及全面掌握电池的状态，大多数设备在应用场合需要显示电池组的剩余电量信息，以供使用者明确电池组的工作状态，及时对电池组进行充电。在电池放电过程中，电池电压与剩余电量、工作时间之间并不是线性关系，所以并不能简单地采用电压采样、函数计算剩余电量。针对该要求，设计了一种基于单片机的锂离子电池电量检测系统，该检测系统的设计对全面掌握锂离子电池的电量状态，提高其利用率具有现实意义。本设计的研究成果若能广泛应用于便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。

二、研究概况及发展趋势综述 锂电池常用的电量检测方法有两种，一种是利用库仑计，根据电池工作的电流与时间进行计算出电池的实际容量，此种检测方法是最准确的检测方法，一般用的芯片有TI，美信等电池管理芯片，但是成本太高，调试复杂。另一种方法是利用电池工作的电压曲线来分析出电池的容量，这种方式比较简单，成本也低，由于直接采用比较器如LM339，LM324等，检测精度低，检测相对很不准确，温漂大，功耗大。 在满足要求的前提下，本设计尽可能采用简单的锂离子电池电量检测方案，提出的基于单片机的锂离子电池电量检测方案，抗干扰能力强，并且可以实现对锂离子电池电量的高精度检测。 在本设计方案中，没有考虑电池老化等复杂因素对电量检测精度产生的负面影响，所以检测结果稍有误差。未来在要求更高精度的锂离子电池电量检测应用中，该检测系统必须考虑这些复杂问题对检测精度的影响，还需要做进一步的改进，让检测精度提高一个水平。

bq24032锂电池充电的开题报告

毕业设计（论文） 开题报告 题目基于BQ24032的 锂电池充电管理系统 专业电气工程与自动化 班级 学生 指导教师 重庆交通大学 2012年

一、选题目的的理论价值和现实意义 随着社会经济的迅速发展，电动汽车、移动电话、数码相机、笔记本电脑等便携式电子产品的普及，消费者对电池电能要求日渐提高；人们希望在获得大容量电能的同时, 能够尽量减轻重量, 提高整个电源系统的使用效率和寿命。锂电池作为上世纪九十年代发展起来的一种新型电池, 因具有能量密度高、性能稳定、安全可靠和循环寿命长等一系列的优点，很快在便携式电子设备中获得广泛应用，更获得了广大消费者的青睐。由此可见，设计一套高精度锂电池充电管理系统对于锂电池应用至关重要。它能够实现蓄电池充放电过程的智能化监测、控制与管理，提高电池的功率因数，对于节约能源和提高能源利用率，有积极的意义，能够真正体现“绿色”电能变换，具有较高的使用价值！ 今天，由于人们对系统性能和成本控制要求的不断提高，嵌入式系统凭借其优良的性价比和独特的便利性得到了越来越多的人们的青睐，而嵌入式系统由于其使用环境的特殊性,要求电源性能稳定、体积小、能量大、续航时间长,锂电池就是符合这些要求的一种电源。但锂电池的充放电特点导致其管理要求比较高。BQ24032是TI公司推出的锂电池专用电源管理电路集成芯片,适用于1组锂电池的正常充电控制、快速充电控制等。其主要特点是能够可靠的控制充电终止,确保锂电池的充电安全、充电状态指示、以及充电的同时给系统提供高效率的电源。故对基于BQ24032的锂电池充电管理电路进行研究。 二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 在国家鼓励支持及市场前景的推动下，锂离子电池关键技术、关键材料和产品研究都取得了重大进展。其技术和经济性优势显著，推广应用的条件已经日趋成熟。如中信国安盟固利公司提供给北京奥运电动车的新型锂离子动力电池总成比能量已经超过90wh/kg。 但是此前一阶段锂离子电池工作关注重点是关键技术、关键材料和产片研究。锂离子电池的成组技术，成组充电、放电和维护管理等应用技术没有得到应有的重视，致使锂离子电池的充电、放电和维护管理技术及设备研究严重滞后于电池技术达到发展。当前仍然普遍采用的是不能适应锂离子电池特点的电池应用

2020年太阳能电池原理开题报告

太阳能电池原理开题报告 太阳能电池原理开题报告 1、课题背景 由于现在社会一直提倡环保节能，那些煤炭、石油、天然气等有污染的资源渐渐被太阳能所替代，每个国家都在尽力研究太阳能这一天然资源，所研究的程度和利用价值，成为了国家发展的代表。目前全世界共有136个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划,日本推出的是阳光计划。我国对太阳能电池的研究开发工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题;八五和九五期间,我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。 太阳能现如今被广大的社会所重视。目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、岛屿和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。 现如今我们的生活已经离不开这一天然环保的能源，我将利用所学知识，对太阳能电池原理进行分析，使自己更加了解这一热门资源的基本原理、利用价值、发展情况等。这次项目对我的应用能力也是一次检验和训练；同时可以提高自己实际分析问题和解决问题的能力；加强自己在高速发展的信息社会里的竞争能力。

2、准备情况 通过去图书馆和网上查找关于太阳能方面的资料，主要关于太阳能的历史、基本原理、发展情况和现如今社会对太阳能的的利用发范围等进行阅读，并对有关的重要材料进行研究、分析和归纳，根据自己对太阳能电池的理解和归纳进行进一步研究。 3、主要任务 针对这次的题目，首先我将对太阳能的原理进行深入地分析，只有了解了其基本原理，才能让我进行下一步研究，我们太阳能电池的各部分的原理，以及太阳能开发历史和前景。从以前少数国家开发到受到全球人民关注的这一演变过程，应用的范围等。 4、基本方案 首先寻找重要资料，找到自己所需要的，利用一个月的时间，将大纲拟定出来，绕后围绕着自己的提纲进行撰写，大概需要两至三个月的时间，在四月中旬定稿，并且修补自己论文的不足，最终定稿。 5、技术要点 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电。光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。薄膜式太阳能电池的原理等。 6、工作计划 第1周毕设动员，确定题目,辅导老师作课题内容说明(11月21日至11月25日)

2021年太阳能电池原理开题报告

太阳能电池原理开题报告 由于现在社会一直提倡环保节能，那些煤炭、石油、天然气等有污染的资源渐渐被太阳能所替代，每个国家都在尽力研究太阳能这一天然资源，所研究的程度和利用价值，成为了国家发展的代表。目前全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制 ___,积极生产各种相关的节能新产品。多国家正在制订中 ___太阳能 ___计划,准备在21世纪大规模 ___太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划, ___推出的是阳光计划。我国对太阳能电池的研究 ___工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题;八五和九五期间,我国把研究 ___的重点放在大 ___太阳能电池等方面。 太阳能现如今被广大的社会所重视。目前,太阳能电池的应用已从军事领域、 ___领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、岛屿和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。 现如今我们的生活已经离不开这一天然环保的能源，我将利用所学知识，对太阳能电池原理进行分析，使自己更加了解这一热门资源的基本原理、利用价值、发展情况等。这次项目对我的应用能力

也是一次检验和训练；同时可以提高自己实际分析问题和解决问题的能力；加强自己在高速发展的信息社会里的竞争能力。 通过去图书馆和网上查找关于太阳能方面的资料，主要关于太阳能的历史、基本原理、发展情况和现如今社会对太阳能的.的利用发范围等进行阅读，并对有关的重要材料进行研究、分析和归纳，根据自己对太阳能电池的理解和归纳进行进一步研究。 针对这次的题目，首先我将对太阳能的原理进行深入地分析，只有了解了其基本原理，才能让我进行下一步研究，我们太阳能电池的各部分的原理，以及太阳能 ___历史和前景。从以前少数国家 ___到受到全球人民 ___的这一演变过程，应用的范围等。 首先寻找重要资料，找到自己所需要的，利用一个月的时间，将大纲拟定出来，绕后围绕着自己的提纲进行撰写，大概需要两至三个月的时间，在四月中旬定稿，并且修补自己的不足，最终定稿。 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电。光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。薄膜式太阳能电池的原理等。

锂离子电池固态电解质制备及性能研究【开题报告】

开题报告 应用化学 锂离子电池固态电解质制备及性能研究 一、选题的背景与意义 锂无机固态电解质（ion conductor）又称锂快离子导体（super ion conductor），按其晶体结构分为晶态电解质和非晶态电解质。晶态电解质又称导电陶瓷，目前已研究的有钙钛矿（ABO3）型结构锂离子电解质、NASICON型结构锂离子电解质、LISICON型结构锂离子电解质等；非晶态电解质又称玻璃态电解质，目前已研究的有氧化物玻璃态锂离子电解质、硫化物玻璃态锂离子电解质等[1-5]。其导电机制是，锂无机固态电解质具有载流子，在导电过程中伴随着Li+的迁移，并且导电能力跟温度有密切关系。图1.列举了部分重要的晶态和非晶态无机固态电解质的离子电导率[3]。 图1. 部分重要的晶态和非晶态无机固态电解质的离子电导率的Arrhenius曲线Fig. 1. Arrhenius plot of ionic conductivity of important crystalline and amorphous inorganic solid lithium ion conductor. NaA(PO)(A =Ge, Ti and Zr)发现于1968年。这个结构被描述成AO6 NASICON晶体结构IV 243 正八面体和PO4正四面体组成的共价键结构[A2P3O12]-,形成3D相互联系通道和两种分布导电离子间隙位置（M·和M··）。导电离子越过瓶颈从一个位置移动到另一个位置，瓶颈的大小取决于两种间隙位置（M·和M··）的骨架离子性质和载体浓度。结果是，NASICON类型化合物的结构和电化学性质随着骨架组成的不同而变化。比如，在化学通式为LiA’IV2-x A’’IV x(PO4)3的化合物，晶胞参数a 和 LiGe(PO)。通过三价阳离子(Al, Cr, Ga, Fe, c取决于A’IV和A’’IV阳离子大小。已获得的最小晶胞是 243 Sc, In, Lu, Y, La)取代八面体中的Ti4+位置，可以提高陶瓷的烧结性能，降低晶粒边界电阻，提高材

(完整版)开题报告——基于单片机的锂离子电池电量检测系统毕业设计论文

南昌工程学院 09 级毕业（设计）论文开题报 告 机械与电气工程学院系（院）电气工程及其自动化专 业 题目基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 学生姓名纪炜焕 班级09电气工程及其自动化（1）班 学号 指导教师饶繁星

日期2013 年 1 月 4 日 南昌工程学院教务处订制

题目：基于单片机的锂离子电池电量检测系统设计 一、选题的依据及课题的意义 随着手机、数码相机、摄像机、手提电脑、音频视频播放器等便携式电子设备的迅猛发展，由于其便携性的特点，便携式设备必须由电池来进行供电。目前，便携式仪表的主流供电电池有铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂电池和锂聚合物电池等。与其它主流可充电电池相比，具有高单体电池电压、高功率密度、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率等优点。锂电池是指以锂为负极材料的化学电池的总称，大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，该类电池具有较高能量/质量比和能量/体积比。 为了提高电池的使用率及全面掌握电池的状态，大多数设备在应用场合需要显示电池组的剩余电量信息，以供使用者明确电池组的工作状态，及时对电池组进行充电。在电池放电过程中，电池电压与剩余电量、工作时间之间并不是线性关系，所以并不能简单地采用电压采样、函数计算剩余电量。针对该要求，设计了一种基于单片机的锂离子电池电量检测系统，该检测系统的设计对全面掌握锂离子电池的电量状态，提高其利用率具有现实意义。本设计的研究成果若能广泛应用于便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。

二、研究概况及发展趋势综述 锂电池常用的电量检测方法有两种，一种是利用库仑计，根据电池工作的电流与时间进行计算出电池的实际容量，此种检测方法是最准确的检测方法，一般用的芯片有TI，美信等电池管理芯片，但是成本太高，调试复杂。另一种方法是利用电池工作的电压曲线来分析出电池的容量，这种方式比较简单，成本也低，由于直接采用比较器如LM339，LM324等，检测精度低，检测相对很不准确，温漂大，功耗大。 在满足要求的前提下，本设计尽可能采用简单的锂离子电池电量检测方案，提出的基于单片机的锂离子电池电量检测方案，抗干扰能力强，并且可以实现对锂离子电池电量的高精度检测。 在本设计方案中，没有考虑电池老化等复杂因素对电量检测精度产生的负面影响，所以检测结果稍有误差。未来在要求更高精度的锂离子电池电量检测应用中，该检测系统必须考虑这些复杂问题对检测精度的影响，还需要做进一步的改进，让检测精度提高一个水平。

废电池的回收及利用研究性课题开题报告

废电池的回收及利用研究性学习开题报告 日期：年月日 课题题目废电池的回收及利用指导老师 课题组长课题组成员 我选择这个课题的原因 了解废电池中的有害物质对环境和人类的危害；了解我国对废旧电池的回收与利用的措施、政策等；提高人们对废旧电池的重视程度；培养社会实践的能力，增大各个方面的知识于技能。 我完成这个课题的有利条件 1、全组成员对课题兴趣浓厚，团结协作。 2、学校有电脑教室、图书室，实验室，家中有电脑等，方便查阅资料。 3、方案合理可行，与指导老师相互协作。 我希望通过这次学习活动达到的目的 向人们宣传废旧电池的危害，提高人们对废旧电池危害与回收利用的重视程度，唤醒人们的意识，希望大家一起共同携手保护环境，从废旧电池做起，同时希望机关政府等相关单位能够增强执法和宣传的力度。希望相关专家能研究出更合理科学的处理方法，变害为利。 预期的成果（论文、调研报告、制作模 型、实验报告等）与完成时间、表达形式（文字、图片、实物、音像资 料等） 预计在此次元旦放假后做出一篇关于课题研究的论文或实验报告，PPT文件等 我的课题研究计划活动计划: （1）、任务分工： 负责编写报告，负责收集相关资料，负责问卷调查 （2）、活动步骤： 前期：全组共同讨论此次研究性学习的主要方向于所需材料等。 中期：进行收集相关资料，同时，设计问卷进行对同学，相关专家进行调查与咨询。 后期：全组成员对所有的资料进行整理、分析与谈论。 末期：由进行最后整理，编写相关论文与实验报告等。（3）、计划访问的专家： 对于此次研究性学习我们计划对市环保局的专家，负责回收处理废旧电池的相关企业的技术人员，校化学老师等人进行访问。 （4）、活动所需的条件： 充分的课余时间、电脑、书籍、打印机、照相机等记录设备

动力电池保护板的设计与研究开题报告

专业毕业设计（论文）开题报告 课题题目：动力电池保护板的设计与研究 姓名： 学号： 年级专业： 学期： 指导教师： 职称： 开题时间：

本科毕业设计（论文）开题报告（范文）题目动力电池保护板的设计与研究 一、选题目的及意义 介于本人在深圳市芯电威科技有限公司实习，该公司是一家专业从事智能锂离子电池研发、生产、销售为一体的高科技企业，涉及锂电池控制系统，电动车(包括电动自行车)控制系统以及模块式电源产品.目前该公司主要产品包括笔记本电池保护板、电动车电池保护板、电动车控制器、数码相机（摄像机）电池保护板、智能手机电池保护板等，公司目前着力研究动力电池。据本人对动力电池的了解，锂离子电池今后有望成为最有前途和最具有发展潜力的电池之一也有它的必然意义。 随着移动电子设备的迅速发展和能源需求的不断增大，人们对锂离子电池的需求也越来越大。锂离子电池的高容量、适中的电压、广泛的来源以及其循环寿命长、成本低、性能好、对环境无污染等特点，决定了它不仅可以应用于移动通信工具，还可能成为现在正迅速发展的电动汽车的动力。 作为新一代绿色高能电池，动力电池保护板是为了加强动力锂离子电池的安全性必配的设备。大多数情况下，锂电保护板应具备控制锂离子电池使用工作条件的功能，这些工作条件包括电压、电流、温度等。由于锂离子电池使用的特殊性，使得动力锂离子电池必须和保护板一起配套使用才能确保整个系统的安全可靠性。电池安全保护无疑使电动汽车管理系统的首要的、最重要的功能。 动力电池保护板，它是用来保护电池不让损坏与延长电池的使用寿命。锂离子电池对过度充电和深度放电非常敏感，在这些情况下都有可能燃烧或爆炸。为了在电池出现极端问题的情况下作出最稳定最有效的保护，防止出现意外，这是本文讨论分析的宗旨。 二、选题设计的思路和方案 设计思路： 针对锂离子电池存在的缺陷：过度充电、过度放电、短路、温度等。在过度充电或放电时可能会不安全。所以对于设计锂离子电池保护板，这些基本保护必须存在。在该设计中涉及到的保护功能有： 过充电压保护：防止充电电压高于电池使用电压上限造成电池失效，引起安全事故

锂离子电池芯体卷绕装置设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告

1 选题的背景和意义 锂离子电池以其重量轻、容量高、工作电压高、寿命长且无污染等特点在全球范围内得到普遍应用[1]。但是锂离子电池生产中的关键设备—锂离子芯体卷绕设备，在我同仍以手工卷绕和半自动卷绕型为主。其制成品致密性、使用寿命等指标比较低，难以满足生产和生活需求[2]。 1.1 选题的背景 由于我国的锂电池起步较晚，国内大部分的生产厂家的设备仍很落后。手工卷绕设备结构简单、操作容易、造价相对较低，但生产效率低下，不能满足日益扩大的市场需求。而半自动、自动卷绕设备虽然产品质量稳定性好，但由于昂贵的价格和复杂的结构和操作规程，也很难满足市场的需求[3]。 因此，一种更高质量，更高稳定性，更高可靠性而又相对价格低廉的全自动芯体卷绕设备的研发势在必行。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1国内外锂电池装备行业现状 用于锂离子电池电芯半自动卷绕；适合于油性极片、水性极片及各种隔膜；设备的7大特点：（1）人工上极片、自动卷绕、自动换针、自动贴终止胶带及自动下料；（2）极片、隔膜张力方便调节；（3）极片、隔膜张力恒定，电芯一致性好，同时设有真空吸尘装置。（4）设备操作简单，工人培训时间短；（5）设备调试时间短，用料节省，换型调整方便；（6）设备故障率低、维护容易；（7）质量性能价格比高，是适合中国国情的高品质电芯生产模式；是锂离子电芯制造企业提高产品质量的理想设备。 圆形动力锂电池全自动卷绕机的特点可总结为：（1）将焊有极耳的正、负极片、隔膜料卷安装在固定装置上，自动放卷、自动纠偏、自动卷绕、自动输出电芯之功能，操作保养方便。（2）适用于圆形动力锂电池电芯的全自动卷绕。（3）采用交流伺服电机驱动、张力控制放卷，张力可调。（4）放卷和卷绕均有纠偏装置。（5）对极片有磁性清理装置，除静电装置、刷尘、吸尘装置并回收。（6）极片送入夹头前自动纠偏、直线导向、定位，保证卷绕质量。（7）先入正极或负极均可调。（8）具备隔膜外包和极片外包两种方式。（9）检测装置监控工作运行状况，如有异常自动报警、停机。（10）PLC控制系统，触摸屏显示，设置、操作方便。（11）成品自动输送，结构合理。 日本、美国、德国和韩国的锂电池技术在全球处于技术领先，其中日本的锂电池

锂离子电池自动充放电系统的设计开题报告

锂离子电池自动充放电系统的设计开题报告

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本科毕业设计开题报告 题目：锂离子电池自动充放电系统的设计专题： 院（系）：电气与信息工程学院 班级：电气09-12班 姓名：徐圣男 学号： 24号 指导教师：朱显辉 教师职称：讲师

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告 题目锂离子电池自动充放电系统的设计来源工程应用1、研究目的和意义 随着微电子技术的快速发展，使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展。为了能够更加有效地使用这些电子产品，可充电电池得到快速的发展。常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。目前绝大多数的手机、数码相机等均使用锂电池。电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护过程和使用情况密切相关。一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退现象。 但锂电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求较高。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度(精度高于1%)。另外，对于电压过低的电池需要进行预充充电终止检测除电压检测外。还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限定充电时间，为电池提供附加保护等。为此，研发性能稳定、安全可靠、高效经济的锂电池智能充电器显得尤为重要。 本课题采用单片机为控制电路来制作一个能用LCD显示充电电压和电流，能够定时开关和充完自动停充的4.2V的锂电池智能充电器。采用单片机和充电集成电路进行充电器的设计，不但能够实现对锂电池进行充电，而且还能够实现相应的过压和温度保护，从而可以充分发挥锂电池的性能，并避免了充电器在充电时可能对电池造成损害的情况发生，具有一定的智能功能。该方案有效地保护了电池、缩短了充电时间并尽量延长锂电池的使用寿命，符合目前的环境保护潮流。 本课题的研究成果广泛应用于手机、MP3等便携式电子产品，为人类日常生活和生活质量的提高有着深远的意义。

开题报告-张栋栋

石墨烯提高太阳能电池压花玻璃透光率的研究 信材101（10082956）张栋栋 摘要：近年来，石墨烯以独特的结构和优异的性能而广泛应用与物理、化学及材料学等领域，其中之一就是在新一代太阳能电池中的应用。本文综述了石墨烯应用于太阳能电池领域的发展现状，并指出了其今后的发展趋势。 关键词：石墨烯，太阳能电池，薄膜，光谱，透射率 1 研究背景 石墨烯是由单层碳原子构成的新型二维晶体材料。在过去的几年里, 这种独特的单原子层结构展现了许多奇特的物理化学性质, 并且已经在微电子、量子物理、材料和化学等领域表现出优异的性能和广泛的应用前景, 使碳材料继碳纳米管后再次成为国内外的研究热点。 近年来,太阳能作为一种新型绿色能源受到广泛重视,人们加大了对各种太阳能电池如晶体硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、染料敏化太阳电池和有机染料太阳电池的开发力度。2004 年, Geim 研究小组采用胶带剥离法（Scotch Tape Method）首次制备出稳定的石墨烯,引发了人们对石墨烯材料的空前关注[1]. 石墨烯具有优异的材料性能, 如单原子层石墨烯材料理论表面积可达2630 m2/g, 高达200000 cm2/(V·s)的半导体本征迁移率, 杨氏模量约为1.0 TPa, 热传导率约为5000 W/(m·k), 且透光率达到97.7%.这些独特的性质使石墨烯有可能广泛应用于光伏领域。石墨烯之所以有如此优异的材料性能，主要取决于石墨烯的分子结构。它是一种sp2杂化C 原子形成的六边形二维网格结构不断扩展得到的单层、两层或多层(小于10 层)材料。本文综述了石墨烯在太阳能电池中的应用, 主要是提高太阳能电池中压花玻璃透光率的方面。 2 文献综述 2.1 石墨烯材料概述 近20年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域，1985年发现的富勒烯和1991年发现的碳纳米管(CNTs)均引起了巨大的反响，兴起了研究热潮。2004年，Manchester 大学的Geim小组首次用机械剥离法获得了单层或薄层的新型二维原子晶体——石墨烯[2]。石墨烯的发现，充实了碳材料家族，形成了从零维的富勒烯、一维的CNTs、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系。石墨烯是由sp2杂化的碳原子连接的单原子层构成的，其基本结构单元为苯分子的碳六元环。其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的最薄的二维材料。 石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度仅

有关太阳能电池原理开题报告

有关太阳能电池原理开题报告 导语：太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。下面是收集的有关太阳能电池原理开题报告，欢迎大家参考。 1、课题背景 由于现在社会一直提倡环保节能，那些煤炭、石油、天然气等有污染的资源渐渐被太阳能所替代，每个国家都在尽力研究太阳能这一天然资源，所研究的程度和利用价值，成为了国家发展的代表。目前全世界共有136个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划,日本推出的是阳光计划。我国对太阳能电池的研究开发工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题;八五和九五期间,我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。 太阳能现如今被广大的社会所重视。目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、岛屿和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。 现如今我们的生活已经离不开这一天然环保的能源，我将利用所学知识，对太阳能电池原理进行分析，使自己更加了解这一热门资源的基本原理、利用价值、发展情况等。这次项目对我的应用能力也

是一次检验和训练；同时可以提高自己实际分析问题和解决问题的能力；加强自己在高速发展的信息社会里的竞争能力。 2、准备情况 通过去图书馆和网上查找关于太阳能方面的资料，主要关于太阳能的历史、基本原理、发展情况和现如今社会对太阳能的的利用发范围等进行阅读，并对有关的重要材料进行研究、分析和归纳，根据自己对太阳能电池的理解和归纳进行进一步研究。 3、主要任务 针对这次的题目，首先我将对太阳能的原理进行深入地分析，只有了解了其基本原理，才能让我进行下一步研究，我们太阳能电池的各部分的原理，以及太阳能开发历史和前景。从以前少数国家开发到受到全球人民关注的这一演变过程，应用的范围等。 4、基本方案 首先寻找重要资料，找到自己所需要的，利用一个月的时间，将大纲拟定出来，绕后围绕着自己的提纲进行撰写，大概需要两至三个月的时间，在四月中旬定稿，并且修补自己论文的不足，最终定稿。 5、技术要点 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电。光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。薄膜式太阳能电池的原理等。 6、工作计划

燃料电池类开题报告

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告 1、目的及意义（含国内外的研究现状分析） 随着世界环境污染和能源危机问题的目益凸显，内燃机汽车在经过百年发展后，虽然在安全、节能、环保和舒适等方面取得了重大的进展，但其不得不面临石油资源日益枯竭的现状。面临可持续发展，大气环保和地球温室效应的挑战，以及噪声方面的限制。低排放、无污染的清洁汽车倍受各汽车生产大国的关注。纯电动、混合动力汽车应运而生。燃料电池汽车以其接近零排放、能量转化效率相对较高、噪声小的等特点，成为了各大汽车公司研究的热点之一。开发燃料电池电动汽车是解决当前能源短缺与环境污染问题的切实有效的技术途径之一。 在近十几年的时间里，燃料电池汽车有了飞跃性的发展，相关的研制和开发“已接近历史性突破的边缘”。 在欧洲，法国是电动汽车发展较快的国家。法国电动汽车电池能量管理系统的主要功能为：电池寿命的记录、充电监测、行驶过程中的电池管理、辅助电池的维护、剩余电量显示。在德国，西门子公司开发的电池管理系统，其充电控制可以使系统跟踪电池充电特性曲线进行充电，提高充电效率，节约电能。电池管理系统对电池组的工作状态进行监控，检测电池组的电量消耗和余量等，将有关信息反馈到仪表板的仪表和信号装置上。 在日本，本田公司开发的车用电池管理装置系统包括：管理控制模块、车载充电器、惯性控制开关、高压系统安全监测装置、DC/DC变换器等。如果电动车发生碰撞，会立即切断电源，从而保证用电安全。 在北美影响最大的开发项目有两个：一个是由美国能源部组织的国家燃料电池汽车研究计划；第二个是以巴拉德动力系统公司的技术为依托，由戴姆勒克莱斯勒公司、福特汽车公司等跨国公司投资合作的燃料电池汽车项目。福特汽车公司在1998年1月北美底特律国际汽车展上展出了P2000燃料电池概念车，使用了DBB公司生产的燃料电池堆，时速可达144.8km/h。在2006年洛杉矶国际车展上推出以氢燃料电池为动力的全新Explorer，行驶里程可以达到350英里，远远超过了以其它燃料电池为动力的车型。戴姆勒克莱斯勒公司在FCEV领域一直是世界领先的制造商。公司旗下的戴姆勒奔驰公司从1990年开

开题报告.

+++++大学 毕业设计(论文)开题报告题目：BiVO4:Ce3+的混合溶剂热法制备与表征课题类 学生姓名： ++++++++ 学号：++++++++++ 班级：++++++++++++ 专业（全称）： ++++++++ 指导教师： ++++++++ 2012年 03 月

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 光催化（即光触媒）PHOTOCATALYSIS是光 Photo=Light + 触媒(催化剂)catalyst 的合成词。光触媒是一种在光的照射下，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，就象植物的光合作用中的叶绿素。光触媒的材料多种多样，但是最为著名和研究最为彻底的是纳米二氧化钛。光触媒利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，来产生催化作用，使周围之氧气及水分子激发成极具氧化力的自由负离子。几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成，其产生羟基自由基、超氧自由基等活性物种，具备抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空气净化的作用。植物的"光合作用"便是光催化最具代表性的例子，吸收对动物有毒的二氧化碳，利用光能将对动物有毒的CO 2 转化为氧气及水。 以下为光催化基本原理：光催化剂多为n型半导体材料（当前以为TiO2使用最广泛），具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带(Valence Band，VB)和导带(Conduction Band，CB)之间存在一个禁带(Forbidden Band, Band Gap)。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有式K=1240/Eg(e V)的关系,因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e-)和 空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有 很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO 2和H 2 O,甚至对一些无机物也 能彻底分解。 光催化于1967年被当时还是东京大学研究生的藤岛昭教授发现。在一次试验中对放入水中的氧化钛单晶进行了紫外灯照射，结果发现水被分解成了氧和氢。这一效果作为“本多·藤岛效果”（Honda-Fuji shima Effect）而闻名于世，该名称组合了藤岛教授和当时他的指导教师----东京大学校长本多健一的名字。 由于是借助光的能量促使水分子分解反应，因此后来将这一现象中的氧化钛称作光触媒。这种现象相当于将光能转变为化学能，以当时正值石油危机的背景，世人对寻找新能源的期待甚为殷切，因此这一技术作为从水中提取氢的划时代方法受到了瞩目，但由于很难在短时间内提取大量的氢气，所以利用于新能源的开发终究无法实现，因此在轰动一时后迅速降温。 1992年第一次二氧化钛光触媒国际研讨会在加拿大举行，日本的机构发表许多关于光触媒的新观念，并提出应用于氮氧化物净化的研究成果。二氧化钛相关的专利数目亦最多，其它触媒关连技术则涵盖触媒调配的制程、触媒构造、触媒担体、触媒固定法、触媒性能测试等。以此为契机，光触媒应用于抗菌、防污、空气净化等领域的相关研究急剧增加，从1971年至2000年6月总共有10,717件光触媒的相关专利提出申请。二氧化钛光触媒的广泛应用，将为人们带来清洁的环境、健康的身体。