磷酸铁锂材料

在动力电池界，三元锂和磷酸铁锂是最常用的两种锂离子电池。三元锂电池因为其正极材料中的镍钴铝或镍钴锰而得名“三元”，而磷酸铁锂电池的正极材料为磷酸铁锂。由于三元锂电池当中的钴元素是一种战略金属，全球的供应价格连年来一路飙升，相较之下，磷酸铁锂电池中没有钴这种价格昂贵的金属，更加便宜。因此，更多的造车企业采用磷酸铁锂电池来降低生产成本，抢占市场份额。在过去的2021年，磷酸铁锂凭借高性价比优势成为市场选择的宠儿，主流材料生产企业大多实现扭亏为盈，而下游动力方面需求的强劲支撑也使其在年末阶段面对高价的碳酸锂原料依然积极扫货。2022年1月国内磷酸铁锂产量为5.91万吨，同比增长158.9%，环比小幅提升3.3%。2021年1-12月国内动力电池装机量达到154.5Gwh，同比增长142.8%，其中磷酸铁锂电池在7月实现对三元电池产量与装机量的双重超越后，领先优势不断扩大，1-12月累计装机量达到79.8Gwh，占比51.7%，同比增幅达到227.4%，其中宁德时代、比亚迪和国轩高科分列磷酸铁锂电池装机前三甲，CR3集中度超过85%。从生产企业来看，德方纳米凭借稳定的客户渠道和产能优势，全年产量继续领跑；国轩高科在储能和自行车领域开疆拓土，自产铁锂需求稳健，紧随其后；湖南裕能、贝特瑞、湖北万润是市场供应的坚实后盾。考虑到未来全球动力电池与储能电池需求，预计2025年全球磷酸铁锂正极材料需求约为98万吨，对应市场规模约为280亿元。伴随着宁德时代年产8万吨磷酸铁锂投资项目签署，磷酸铁锂新一轮周期即将来临。大规模的量产也必将刺激比表面积分析仪的市场需求。众所周知，比表面积分析仪在锂离子电池行业有着广泛的应用需求，主要应用于正极材料、三元前驱体材料、负极材料、隔膜涂覆用氧化铝等材料的比表面积测试。比表面积过大的石墨粉在粉碎过程中更易于使其晶型结构发生改变，小颗粒石墨粉中菱形晶数量相对较多，而菱方结构的石墨具有较小的储锂容量，使电池的充放电容量有所降低。另外比表面积过大，单位重量总表面积就会很大，需要的包覆材料越多，导致电极材料的堆积密度减小而体积能量密度下降。如果能准确的对各种原材料进行比表面积测试，在一定程度上有助于研判后续产品的性能。磷酸铁锂作为动力电池的正极材料，其比表面积与电池的性能密切相关。通常情况下，磷酸铁锂的比表面积与碳含量呈线性关系。生产中有比表面积测试仪进行测试。比表面积太小，说明材料的碳包覆量不够，直接体现是电池内阻偏高、循环性能不好。比表面积过大，说明材料的碳包覆量过高，直接的体现是材料的电化学性能极好，但易团聚、极片加工困难，且涂布不均匀等。行业标准《YS/T1027-2015磷酸铁锂》明确规定了磷酸铁锂比表面积测试方法及流程。快速高效、精确规范的测试离不开性能优良的测试仪器，JW-DX系列快速比表面积测试仪，测试方法及数据符合《YS/T 1027-2015磷酸铁锂》的要求。JW-DX比表面积测试仪采用专利号为20140320453.2的吸附法专利测试，完全避免了常温下样品脱附不完全带来的测试误差，非常适合粉体生产厂家的在线快速测定。测试范围：比表面测试范围：0.0001m2/g，重复精度：±1%产品特性：1、测试速度快，5分钟测试一个样品；2、吸附峰的峰形尖锐，灵敏度大幅提高；3、独立4个分析站，实现了多样品的无干扰、无差异测试；4、外置式4站真空脱气机，避免污染测试单元。

近日，赛恩思HCS-808型高频红外碳硫仪在紫金锂元磷酸铁锂项目投入使用。紫金锂元是紫金矿业投产的磷酸铁锂生产线，项目一期规划产能为2万吨/年，建成后产品将主要用于新能源汽车和储能利电子电池的正极材料。磷酸铁锂中碳、硫含量的差异会对材料本身的性能造成巨大的影响。例如，当磷酸铁锂材料中碳含量低时，材料中Fe2+被氧化的比例大，会造成样品纯度降低，而且电子导电率低导致充电电阻过大；但当磷酸铁锂材料中碳含量太高时，影响材料的振实密度，致使材料的克容量低；当硫含量达到一定程度时,对磷酸铁锂的颗粒形貌、放电容量和循环性能的影响逐渐明显。因此磷酸铁锂中的碳、硫含量的测试是必须进行的。当前对磷酸铁锂材料碳硫含量测试的主要的方法就是采用碳硫分析仪。四川赛恩思高频红外碳硫分析仪能够准确、快速、简便地检测出磷酸铁锂材料中的碳、硫含量。公司设备在多家锂电材料企业服役，产品获得客户的好评。

随着新能源领域的持续繁荣，磷酸铁锂——这一核心产品的质量监测变得尤为重要。近日，赛恩思工程师在国轩新能源（庐江）有限公司成功完成了高频红外碳硫仪的安装与调试工作，值得注意的是，这已是继宜春国轩电池有限公司之后，赛恩思为国轩系新能源公司提供的第二台碳硫仪。国轩新能源（庐江）有限公司为合肥国轩高科动力能源有限公司全资子公司，主营产品为磷酸铁锂、镍钴锰三元正极材料，位于新能源汽车产业基地（集群）产业链的上游（为新能源汽车关键零部件-动力电池的关键组成部分），是国家级高新技术企业。赛恩思与国轩系能源的再次合作，不仅仅是一次技术与产业的结合，更是对新能源未来的共同追求与期许。两者携手，一方面彰显了赛恩思在碳硫检测领域的技术实力，另一方面也展示了国轩系能源对于产品质量的坚持与不懈追求。期待这次合作能够为新能源产业质量把关，共同打造一个绿色、高效、可持续的未来。

近年来新能源产业发展迅猛，四川赛恩思仪器已与多家新能源企业开展合作。近日，又一台HCS-801型碳硫仪在一家磷酸铁锂厂家---攀枝花七星光电科技正式投入使用。我公司HCS-878和HCS-801两代产品服务于同一公司。攀枝花七星光电科技有限公司现已建成并投产5000吨/年磷酸铁锂生产线，为国内规模前列的磷酸铁锂生产线，占全国40%的市场份额，可向全球客户提供多规格碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂、金属锂、锂辉石及相关衍生产品。赛恩思HCS-801高频红外碳硫仪可检测产品的原料及成品的碳、硫含量，协助客户把关其产品质量。 碳、硫含量的差异会对磷酸铁锂材料本身的性能造成巨大的影响。利用高频红外碳硫仪对其进行碳、硫含量的测定是一种高效、便捷的方法。四川赛恩思HCS-801型高频红外碳硫仪测试数据准确，操作便捷，每小时可测量60个以上样品。四川赛恩思仪器有限公司诚邀全国各地经销商和使用方来函、洽谈咨询；欢迎有识之士加入四川赛恩思仪器有限公司。

近日，在北京召开的第七届中国电动汽车百人会论坛（2021）上，比亚迪股份有限公司董事长王传福表示，“按照规划，到2025年，我国新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20％左右。”这意味着接下来5年，新能源汽车行业年复合增长率将达37%以上。结合前期“特斯拉Model Y低价发售”、“宁德时代逼近万亿股价”、“蔚来包下宁德时代磷酸铁锂电池生产线！”等新闻发酵，不难发现随着磷酸铁锂电池以其低成本高安全性的优势在中低端市场不断渗透，特别是相关技术的进步也助推磷酸铁锂电池自2020年起重新扩展市场空间，其需求快速反转向上。中国汽车动力电池产业创新联盟日前发布的数据显示，2020年我国动力电池累计销量达65.9GWh，同比累计下降12.9%。其中，三元锂电池累计销售34.8GWh，同比累计下降34.4%；磷酸铁锂电池累计销售30.8GWh，同比累计增长49.2%，是唯一实现同比正增长产品。中信证券指出，目前，特斯拉、戴姆勒等海外新能源汽车主流企业均明确了磷酸铁锂电池技术路线，预计宝马、大众等其他海外车企也将在其动力电池技术路线中选择磷酸铁锂方案。而国内无论是宁德时代的CTP电池管理控制技术还是比亚迪的“刀片电池”，磷酸铁锂的高安全性助力了其在乘用车领域的回暖，都让磷酸铁锂电池开始经历第二春！伴随着宁德时代年产8万吨磷酸铁锂投资项目签署，磷酸铁锂第二春的帷幕已然拉开，大规模的量产也必将刺激高性能激光粒度仪的市场需求。众所周知，激光粒度分析仪在锂离子电池行业有着广泛的应用需求，主要应用于正极材料、三元前驱体材料、负极材料、导电剂、隔膜涂覆用氧化铝等材料的粒度测试。从大量的制浆经验以及行业交流反馈来看，诸如钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、镍酸锂(LiNiO2)、镍钴锰酸锂(LiNiCoMnO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)等多种不同的正极材料，通常采用中值粒径D50、代表大颗粒的D90作为关键质控指标。不同材料不同工艺的产品对原材料的粒径要求也不尽相同，以分布在1-20μm范围内居多。负极材料以石墨为例，当其平均粒径为16-18μm，且粒度分布较为集中时，电池有较好的初放容量及首次效率。此外，随着电池隔膜的厚度要求不断提高，对其中添加阻燃材料的粒径要求也随之不断提高，常使用的隔膜氧化铝粒径从微米级逐渐发展到亚微米甚至是纳米级。随着电池性能提高对原材料的粒度要求不断提高，激光粒度仪发挥着不可替代的作用，同时对粒度测量仪器的重复性、重现性、分辨能力提出了更高的要求。锂离子电池正、负极材料标准中的粒度分布要求激光粒度仪的高分辨能力在电池材料的检验中，对测试样本中少量的大颗粒或小颗粒的准确识别有着重要的意义。比如说在电池材料活性物质中如果存在少量的大颗粒，可能会对涂布、滚压造成负面影响。如果在原材料检测时就发现，则可以避免后续不良品的产生。另一个典型的例子是粒径过小的石墨粉在粉碎过程中更易于使其晶型结构发生改变，小颗粒石墨粉中菱形晶数量相对较多，而菱方结构的石墨具有较小的储锂容量，使电池的充放电容量有所降低。另外颗粒直径太小，单位重量总表面积就会很大，需要的包覆材料越多，导致电极材料的堆积密度减小而体积能量密度下降。如果能准确的对各种原材料进行粒度测试，在一定程度上有助于预判后续产品性能、防范风险… … 可见，电池性能的诸多方面都与正负极材料和隔膜材料等的粒径息息相关。欧美克Topsizer激光粒度分析仪对少量的大/小颗粒及样品各个粒径组分的准确识别，需要仪器制造商在无盲区光学设计、高品质高精度元器件、装配工艺、算法及软件智能控制上不断优化，提高产品分辨能力。例如早先的激光粒度仪将多个光电转换元件探测通道放置在一块或两块平面上，然而傅立叶透镜的聚焦面通常呈弧形分布，平面布置的探测器很难将所有角度的散射光信号都精确地聚焦获取，通过精准的独立探测器焦点曲面排布设计和一致性定位工装提高粒度仪分辨能力和仪器之间的重现性。欧美克Topsizer激光粒度分析仪和Topsizer Plus激光粒分析仪是在锂离子电池行业被广泛应用的高性能激光粒度分析仪。量程宽、重现性好、分辨能力强、自动化程度高、故障率低等优异性能保证了测试结果和分析能力，而且与国内外、行业上下游黄金标准保持一致，不仅为用户节省了方法开发和方法转移上的时间和成本，更重要的是可以避免粒径检测不准带来的经济损失和风险，无论在产品研发、过程控制还是质量控制上，都能够为用户带来真正的价值。欧美克LS-609激光粒度分析仪而欧美克LS-609激光粒度分析仪就采用了先进的激光粒度仪散射光能探测的设计，将常见的失焦影响较大的多个大角探测器通道以分个独立的方式精确放置于与其散射角相对应的傅立叶透镜焦点位置，以保证所有散射光角度的信号都是无混杂的，提高了散射光分布角度分辨能力。与此同时，各个独立的探测器有利于在探测器上布置杂散光屏蔽装置，同时也防止了散射光在不同探测器上的相互干扰，进一步降低系统的噪声，提高细微差异的分辨能力。我们以具体的电池材料样品来看欧美克激光粒度分析仪的测试性能对材料准确表征的案例。1. 欧美克Topsizer激光粒度仪测试含有少量大颗粒的石墨原材料的粒度分布图和粒度分布表如下图所示，可以看到对于体积含量在0.5%以下的极少量60-100μm的颗粒，以及体积含量在1%左右的2μm以下颗粒，均能够灵敏的检测出来其详尽的粒度分布。显示了Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力，对于最终下游应用中电池产品的安全性能和容量性能有更准确的指导意义。如果对于对少量小颗粒特别关注，在软件上，甚至可以采用数量分布替代体积分布的计算方法，进一步放大小颗粒的权重，对小颗粒数量上的变化进行更易识别的测试和生产质控。但需要注意的是，对于分布较宽的样品，由于大小颗粒在尺寸上差异本身就很大，同样体积的大小颗粒的数量相差将会异常巨大，取样和分散测量上的少许波动会导致测试结果数量分布上较大的偏差。2. 下图是欧美克LS-609激光粒度仪对磷酸亚铁锂3次取样分散测试粒度分布的叠加图，及特征粒径的统计结果，显示该仪器对磷酸亚铁锂的测试拥有优良的重现性。由此可见高分辨能力和重现性的激光粒度分析仪在电池原材料粒度检测领域能带来更好的质控效益。正如中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高所说，中国动力电池技术创新模式已经从政府主导向市场驱动转型，目前中国电池材料研究处于国际先进行列。而在中国动力电池的快速创新发展必然也离不开高分辨能力和重现性的激光粒度分析仪作为质控的好帮手。通过给动力电池行业提供更专业优化的粒度检测方案，欧美克激光粒度仪的行业销售也在持续高速增长。欧美克必将一如既往不断探索，与中国动力电池行业并行快速发展，携手创造中国奇迹，助力新能源引领世界美好未来！参考资料：1. 沈兴志，珠海欧美克仪器有限公司，《高性能激光粒度分析仪在电池材料测试中的应用》2. 经济日报，《第七届中国电动汽车百人会论坛举办》3. 腾讯网，《磷酸铁锂厂家齐涨价，2021年将回潮迎来“第二春”？》4. 中国证券报，《磷酸铁锂电池迎来发展“第二春” 2020年累计销售同比增长近

在新能源汽车领域的快速发展过程中，长春一汽弗迪选择赛恩思高频红外碳硫仪检测磷酸铁锂样品，把控产品质量，赛恩思再次获得新能源企业的青睐。随着电动汽车产业的迅猛发展，长春一汽弗迪作为该领域的重要参与者，一直致力于提升新能源电池技术的研发水平。为了更准确地了解磷酸铁锂电池样品的碳硫含量，弗迪汽车选择了赛恩思高频红外碳硫仪，这是一项集先进技术与卓越性能于一身的检测工具。赛恩思高频红外碳硫仪是一款专为碳硫分析而设计的先进仪器。其高频红外技术不仅能够高效迅速地完成样品检测，而且在保证准确性的同时具有出色的稳定性。这使得该仪器成为磷酸铁锂电池样品检测的理想选择，为新能源电池技术的发展提供了有力支持。赛恩思高频红外碳硫仪再次受到行业认可，成为长春一汽弗迪磷酸铁锂样品检测的得力助手。赛恩思将继续致力产品质量和服务的提升，为新能源汽车和绿色能源领域的发展贡献更多力量。

p　　补贴滑坡、材料涨价，双重压力下，当前我国锂电池产业或将面临一场大洗牌。/pp　　近几年新能源汽车的快速发展极大地带动了我国锂电池产业的发展。有数据显示，2017年，我国锂电池的市场规模已经达到了1130亿元左右，其中动力锂电池规模大约600亿元。目前我国电池生产企业已超过200家，是全球拥有锂电池生产企业最多的国家。预计到2020年，我国在全球电池市场所占的份额将达七成以上。/pp　　然而，自今年2月12日开始新能源汽车补贴标准的“断崖式”下降，也影响到了锂电池企业。根据新的标准，补贴分档从3档增加到了5档，补贴门槛也从续航里程100公里提高到150公里，基本上遵循了续航里程越长补贴标准越高的原则，由于补贴标准调整太快，不少以生产低能量密度锂电池的企业还未来得及转型，同时随着近几年国内锂电池产业的大热，锂电池产品的相关材料普遍涨价，在补贴滑坡、材料涨价的双重背景下，今年锂电池企业的业绩基本都发生了大幅下滑。/pp　　锂电池产品除了做成动力电池外，还可以做成储能电池，两者之间动力电池的价格更高一些，与动力电池不同，储能电池对能量密度的要求不高，但对电池的安全性与寿命的要求极高，比如磷酸铁锂电池，由于能量密度比较低，在动力电池领域逐渐被三元锂电池取代，而磷酸铁锂电池的安全性非常好，大多数储能电站都选择磷酸铁锂电池作为储能电池，事实上，正是由于磷酸铁锂电池的安全性，比亚迪曾长期将其作为新能源汽车的首选电池，也正因如此，在逐渐强调长续航里程的今天，比亚迪的锂电池产量被主打高能量密度锂电池的宁德时代超越。/pp　　不过，锂电池储能电站一般用在新能源电站上，在传统电站内的应用还比较少。由于风电和太阳能电压不稳，发电时间不确定，使用储能电站作为电力中继更有利于电网的健康运行，有些太阳能电池公司也把太阳能电站与储能电站组合成一个产品来销售，减少了客户部署的难度，近几年随着锂电池产业的快速发展，常规电站建设锂电池储能电站逐渐成为一种热潮，同抽水蓄能电站相比，电池储能电站更加灵活，占地面积更小，基本上在各地都可以都快速进行布局。/pp　　纵观国内的锂电池产业，高能量密度电池技术依然比较薄弱。在低能量密度电池相对供应过剩的前提下，适当地发展锂电池储能技术有望让锂电池产业更加健康地发展。/pp　　中国对新能源汽车行业新政下的补贴退坡会对新能源汽车行业产生一定的洗牌效应，这种洗牌效应对我国锂电池产业的影响非常明显，在补贴退坡的新政下，很多锂电池企业将面临一场优胜劣汰式的大浪淘沙。强者恒强，弱者恒弱甚至出局，这或许是大势所趋，难以阻挡。/ppbr//p

8月4日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所柔性磁电功能材料与器件团队在《科学》（Science）上，发表了题为Intrinsically elastic polymer ferroelectric by precise slight crosslinking的研究文章。该研究提出了铁电材料的本征弹性化方法，即采用微交联法使铁电聚合物从线性结构转变为网络状结构，通过精准调控交联密度在实现弹性化的同时，降低结构改变对材料结晶性能的影响，开创性地同时将弹性与铁电性赋予同一材料。基于此，该研究创制了一种兼具弹性与铁电性，且具有较好的耐机械疲劳和铁电疲劳性能的弹性铁电聚合物。铁电材料是功能材料，通常是指在一定温度范围内具有自发极化且极化方向可随外加电场改变进行翻转或重新定向的晶体材料，其核心为自发极化。极化是极性矢量，由于晶胞中原子构型使得正负电荷重心沿该方向发生相对位移，形成电偶极矩，使得整个晶体在该方向上呈现极性，这个方向称为特殊极性方向。这对晶体的点群对称性施加了限制，在32个晶体点群中只有10个具有特殊极性方向，即1(C1)、2(C2)、m(Cs)、mm2(C2v)、4(C4)、4mm(C4v)、3(C3)、3m(C3v)、6(C6)、6mm(C6v)。只有属于这些点群的晶体才具有自发极化，即铁电材料必为晶体材料。这种特殊的晶体点群赋予了铁电材料诸多性能，使其在数据存储和处理、传感和能量转换以及非线性光学和光电器件等方面有诸多应用。而晶体在受到应力时能够产生的弹性回复是极小的，通常小于2%，这是传统铁电材料多表现为脆性（无机）或塑性（有机）的原因。可穿戴设备、柔弹性电子和智能感知等领域的快速发展，对于使用的材料提出了越来越高的要求即需要在复杂形变下依旧保持稳定的性能。电子器件使用的材料根据导电性可分为导体、半导体和绝缘材料，而导体和半导体目前已实现弹性化。而铁电材料作为绝缘材料中性能最丰富的功能材料之一，目前尚未实现弹性化，这限制了铁电材料在柔弹性电子等领域的应用。铁电材料的铁电性主要来源于其结晶区，但晶体本身几乎不具备弹性，因而铁电性和弹性难以在同一种材料中兼顾。铁电材料的弹性化方法通常有三种——结构工程、共混和本征弹性化。通过结构工程制备的样品只能在预应变值范围内进行形变，需要复杂的制造技术且难以降低器件尺寸。在采用无机铁电材料与弹性体共混方式制备的复合材料中，无机铁电材料的铁电畴杂乱无章，需要经过有效极化后才能表现出铁电性。由于无机铁电与弹性体的电阻率相差较大，在极化过程中电场主要施加在电阻率更大的弹性体中，导致弹性体相的电击穿和电机械击穿。因此，本征弹性化可能是铁电材料弹性化的唯一途径。本征弹性化能够促进材料的发展，使其具备可大规模溶液制备的能力、提高设备密度和材料的耐疲劳性等。有机铁电材料包括有机小分子铁电材料和以PVDF（聚偏氟乙烯）为代表的聚合物铁电材料。铁电聚合物的铁电性主要来源于分子链两侧由极性相差较大的原子或基团形成由一侧指向另一侧的偶极子。铁电聚合物的特点是具有高柔韧性、易于制造成复杂形状、机械坚固性和极性活性。聚合物中的铁电性是20世纪70年代在聚偏氟乙烯中发现的，是电能、机械能和热能之间有效交叉耦合的平台。因此，兼具铁电性和柔韧性的铁电聚合物可能是铁电弹性化的最佳候选对象。在过去几年，化学交联法在导体和半导体的本征弹性化过程中取得了显著进展。由于强的铁电响应需要高的结晶度，而好的弹性回复需要低的结晶度，因此传统的化学交联方法很难同时兼顾铁电响应和弹性回复。为此，该团队提出了“弹性铁电材料”的概念，设计了精确的“微交联法”在铁电聚合物中建立网络结构。选择聚（偏氟乙烯-三氟乙烯）（P(VDF-TrFE)，55/45mol%）作为反应基体材料，选择带有软而长链的聚氧化乙烯二胺（PEG-diamine）作为交联剂材料，使用低交联密度（1%～2%）赋予线性铁电聚合材料弹性的同时保持较高的结晶度。研究表明，交联后的铁电薄膜结晶相以β相为主，结晶均匀分散在聚合物交联网络中。在受力时，网络状结构能够均匀地将外力分散并且更多地承受应力，避免结晶区受到破坏。实验结果显示，交联后铁电薄膜在70%的应变下依旧具有较好的铁电响应，剩余极化约4.5μC/cm2并在拉伸过程中能够保持稳定，且具有较好的耐机械和铁电翻转疲劳性，提高了可靠性和使用寿命，拓展了使用范围。可见，“微交联法”是实现铁电弹性化行之有效的方法。该方法利用简单的化学反应实现了铁电性与弹性的良好匹配，为铁电材料弹性化提供了新思路。未来，研究团队将扩展此类方法，探索微交联法对于材料弹性化研究的普适性，并对制备的弹性铁电材料在可穿戴电子设备以及能量转换和存储、介电驱动等方面的应用进行探索。研究工作得到卢嘉锡国际合作团队项目、国家自然科学基金、浙江省钱江人才计划和浙江省尖兵领雁项目等的支持。铁电材料专家、东南大学教授熊仁根受邀在同期《科学》PERSPECTIVE专栏发表评论文章，认为这是突破性的工作，开辟了“弹性铁电”这一全新学科，并展望了弹性铁电材料可能的应用场景和未来的发展方向。图1. 弹性铁电的概念和合成策略示意图图2. 应变下弹性铁电的铁电响应。A为全弹性器件；B、C为全弹性器件在0%和70%的应变；D为在1kHz下0～70%应变下的P-E回滞曲线；E为不同应变下的名义Pmax、Pr和Ec和校正后的真实Pr。实验表明交联铁电薄膜在不同拉伸应变下均具有稳定的铁电响应。

铁电材料因具有稳定的自发极化，且在外加电场下具有可切换的极化特性，在非易失性存储器、传感器、场效应晶体管以及光学器件等方面具有广阔的应用前景。与传统的三维铁电材料不同，二维范德华层状铁电材料表面没有悬空键，这可降低表面能，有助于实现更小的器件尺寸。此外，传统三维铁电薄膜的外延生长需要合适的具有小的晶格失配的基材，而在二维层状材料中，许多具有不同结构特性的层可以被堆叠并用于铁电异质结构器件，不受基底的限制，从而提供了广泛的铁电特性可调性。某些二维层状材料已在实验或理论上被报道为铁电材料，包括薄层SnTe、In2Se3、CuInP2S6、1T单层MoS2、双层或三层WTe2、铋氧氯化物和化学功能化的二维材料等。然而，目前对二维材料铁电畴结构的调控及铁电-反铁电相变等方面缺乏系统性研究，在范德华层状材料中实现连续的铁电域可调性和铁电-反铁电相转变仍是挑战。 　　近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员康黎星团队与中国人民大学教授季威团队、南方科技大学副教授林君浩团队、松山湖材料实验室副研究员韩梦娇合作，在新型二维铁电材料铁电畴结构的调控方面取得进展。该团队发现了一种具有室温本征面内铁电极化的新型二维材料Bi2TeO5，并观测到由插层铁电畴壁诱导的铁电畴大小、形状调控机制以及由此产生的铁电相到反铁电相的转变。科研人员采用CVD法合成新型的超薄室温二维铁电材料Bi2TeO5，通过压电力显微测(PFM)证实该材料存在面内的铁电畴结构，结合电子衍射及原子尺度的能谱分析和第一性原理计算结果对其结构进行解析，结合像差校正透射电镜对亚埃尺度的离子位移进行分析(图1)。对Bi2TeO5中畴结构的进一步研究发现，样品中存在大量的条状畴结构。原子尺度结构分析和计算结果表明，由于Bi/Te插层的存在，有效降低了畴壁的应变能，从而使得180°畴壁的条状畴能够稳定(图2)。研究表明，通过调控前驱体中Bi2O3和Te的比例可以有效实现180°铁电畴宽度的调控及实现铁电-反铁电相的反转(图3、图4)。此外，Bi/Te插层的引入除了能够改变铁电畴的大小，同时可以对畴壁的方向进行调控(图5)。 　　本研究对Bi2TeO5室温面内铁电性的报道丰富了本征二维铁电材料体系。原子插层作为新的调控单元对铁电畴大小及方向的调控，以及由此产生的铁电-反铁电相变，为二维铁电材料畴结构及相结构的调控提供了新思路，并为在未来纳米器件领域的应用奠定了新的材料基础。相关研究成果以Continuously tunable ferroelectric domain width down to the single-atomic limit in bismuth tellurite为题，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。图1.二维层状铁电材料Bi2TeO5的CVD生长及结构表征。a、二维层状Bi2TeO5的光镜图；b-c、样品的表面形貌及对应的面内PFM图像；d-f、不同方向Bi2TeO5的结构模型以及铁电极化的产生；g-I、Bi2TeO5的原子尺度结构表征及对应的极化分布。图2.Bi/Te插层诱导的180°铁电畴的形成。a、Bi2TeO5中典型条状180°铁电畴的面内PFM；b、180°铁电畴壁的原子尺度HAADF-STEM图；c-e、180°铁电畴壁处铁电离子位移(DBi)及晶格畸变(晶格转角θ)的原子尺度分析；f、弛豫后180°铁电畴的结构模型。图3.插层对畴宽度的调控及铁电相到反铁电相的转变。a-d、具有不同周期的180°畴HAADF-STEM图像；e-h、分别为对应图a-d中的离子位移分布。图4.插层诱导的反铁电相。a、具有反铁电性样品的PFM；b-d、反铁电样品中的原子尺度极化分布及晶格畸变分析；e、弛豫后的反铁电相结构模型。图5.畴壁台阶的形成及插层对畴壁取向的影响。a-b、样品中扇形铁电畴的面内PFM图像；c、扇形铁电畴边缘处大量台阶形成的倾斜畴壁面；d-e、畴壁台阶的原子尺度HAADF-STEM图像及对应的离子位移分析；f、弛豫后的畴壁台阶结构模型；g、Te和O浓度对畴壁台阶形成焓的影响。

负极材料作为锂离子电池的核心材料，对锂离子电池的能量密度、充放电性能、循环性能、生产工艺等起着至关重要的作用。负极材料的主要技术指标包括粒度、比表面积、振实密度、真密度、灰分、pH值等。其中，粒度分布作为负极材料的重要技术指标，它还影响比表面积和振实密度，从而影响锂离子电池的生产工艺和综合性能。一、粒度分布对锂离子电池性能的影响负极材料的粒度分布主要从以下几个方面影响锂离子电池的生产工艺和性能：1、粒度分布影响体积能量密度负极材料的颗粒大小应当具有合适的粒度分布，体系中的小颗粒能够填充在大颗粒的空隙中，有助于增加极片的压实密度，从而提高电池的体积能量密度。2、粒度分布影响充放电性能负极材料的颗粒越小，锂离子嵌入时所需要克服的范德华力也就越小，嵌入越容易进行，而且颗粒越小，锂离子嵌入和脱出的通道越短，越有利于快速达到充分嵌锂状态，从而具有更好的充放电性能。3、粒度分布影响循环性能实验表明，颗粒越小的石墨负极有较大的初次容量，但不可逆容量也较大；随着粒径增大，初次充放电容量降低，不可逆容量减少。同时，石墨颗粒越小，与电解液接触的比表面积越大，初次充放电过程中形成的SEI膜所消耗的电荷就越多，不可逆容量损失也就越大。因此，合理的粒度分布不仅能够提升锂离子电池的初次容量和初次效率，而且能够提升锂离子电池的循环性能。4、粒度分布影响生产工艺负极材料的粒度分布会直接影响电池的制浆和涂布工艺。在相同的体积填充份数情况下，材料的粒径越大，粒度分布越宽，浆料的黏度就越小，这有利于提高固含量，减小涂布难度。颗粒的粒径以及分布宽度对浆料黏度的影响二、负极材料对粒度的要求在负极材料相关的标准中，对材料颗粒的粒度分布提出明确的要求，具体如下：三、欧美克高性能激光粒度分析仪如何满足锂离子电池材料粒度检测要求负极材料的研发、生产及来料检验普遍采用激光粒度分析仪进行粒度检测，选择高性能的激光粒度仪是获得准确粒度分布信息的重要保证。对于一款高性能的激光粒度分析仪，往往采用合理的光学结构、高性能的光电元器件以及科学的反演模型，从而体现出良好的重复性、重现性、真实性、分辨率等测试性能。珠海欧美克仪器有限公司从1993年开始从事激光粒度分析仪的研发、生产和应用，积累了丰富的激光粒度分析仪研发、生产和应用经验。从1999年开始，欧美克激光粒度分析仪系列产品在锂离子电池研发、生产领域逐步获得行业认可。下面，从几个小案例管中窥豹，看看欧美克如何匠心智造每一款产品，又是如何站在行业应用的角度为用户提供粒度解决方案的。1、大角散射光的球面接收技术（DAS）的应用确保散射光能信息的准确获取对少量的大/小颗粒及样品各个粒径组分的准确识别，需要仪器制造商在无盲区光学设计、高精度元器件、装配工艺、算法及软件智能控制上不断优化，提高产品分辨能力。例如早先的激光粒度仪将多个光电转换元件探测通道放置在一块或两块平面上，然而傅立叶透镜的聚焦面通常呈弧形分布，平面布置的探测器很难将所有角度的散射光能信息都准确地聚焦获取。以欧美克LS-609型激光粒度分析仪为例，在散射光能探测器的设计时，将常见的失焦影响较大的多个大角探测器通道以分个独立的方式放置在与其散射角相对应的傅立叶透镜焦点位置，保证所有散射光角度的信号都是无混杂的，提高了散射光分布角度分辨能力。与此同时，各个独立的探测器有利于在探测器上布置杂散光屏蔽装置，同时也防止了散射光在不同探测器上的相互干扰，进一步降低系统的噪声，提高细微差异的分辨能力。大角散射光的球面接收技术（DAS）2、优良的测试性能准确反映出测试样品的细微差别（1）Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力欧美克Topsizer激光粒度分析仪测试含有少量大颗粒的石墨原材料的粒度分布图和粒度分布表如下图所示，可以看到对于体积含量在0.5%以下的极少量60-100μm的颗粒，以及体积含量在1%左右的2μm以下颗粒，均能够灵敏的检测出来其详尽的粒度分布。显示了Topsizer对粉体材料的大、小颗粒具有高超的分辨能力，对于电池产品的安全性能和容量性能有更准确的指导意义。如果对于对少量小颗粒特别关注，在软件上，甚至可以采用数量分布替代体积分布的计算方法，进一步放大小颗粒的权重，对小颗粒数量上的变化进行更易识别的测试和生产质控。但需要注意的是，对于分布较宽的样品，由于大小颗粒在尺寸上差异本身就很大，同样体积的大小颗粒的数量相差将会异常大，取样和分散测量上的少许波动会导致测试结果数量分布上较大的偏差。下图是应用欧美克Topsizer激光粒度仪对D50为0.1μm左右的超细隔膜材料氧化铝的粒度测试粒度分布图。（2）LS-609激光粒度仪具有优良的重现性下图是欧美克LS-609激光粒度仪对磷酸亚铁锂3次取样分散测试粒度分布的叠加图，及特征粒径的统计结果，显示该仪器对磷酸亚铁锂的测试拥有优良的重现性。 此外，不同使用环境还可以选配不同的进样器，分析软件还具有用户分级、权限管理、数据完整性及可追溯功能，欧美克激光粒度分析仪真正做到了性能可靠、操作简单、维护量少，是值得信赖的高性能激光粒度分析仪。参考文献【1】沈兴志，珠海欧美克仪器有限公司，高性能激光粒度分析仪在电池材料测试中的应用【2】珠海欧美克仪器有限公司，激光粒度分析仪在锂离子电池行业中的应用【3】苏玉长，刘建永，禹萍，邹启凡，中南大学材料与工程学院，粒度对石墨材料电化学性能的影响【4】旺材料锂电，锂离子电池负极材料标准最全解读【5】中国粉体网，粒度对负极材料有什么影响？

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室胡丽丽研究员团队采用了一种将实验、分子动力学模拟和定量结构性质关系分析(QSPR)相结合的方法研究磷酸铝玻璃，相关研究成果发表于《美国陶瓷》(Journal of the American Ceramic Society)。目前，磷酸铝玻璃在许多领域都有广泛的应用，包括生物医学材料、光学元件、密封材料和核废料固化等。通过实验技术手段对磷酸铝玻璃的短程结构已有较多的研究，但其性质与中程结构之间的关系尚不清楚。而分子动力学模拟已成为了研究的有效工具，在揭示玻璃性质的结构起源方面发挥着越来越重要的作用。 　　在本项研究中，研究人员结合了实验、分子动力学模拟方法研究Al2O3对磷酸铝玻璃的短程及中程结构的影响，并通过QSPR方法建立其结构性质模型。通过拉曼、同步辐射等实验结果验证了模拟的准确性。模拟结果表明，玻璃网络中存在的P-O-P键随Al2O3含量变化逐渐被P-O-Al键替代，对玻璃的性能变化起着重要的作用。同时，磷酸铝玻璃中的长链易形成环状结构，并集中在4~20元环。此外，利用三个不同的结构描述符来建立QSPR模型，并成功地将实验数据与模拟结果相关联，表现出良好的模型预测性。这一方法为预测玻璃性质及设计玻璃组分提供新思路。图1以磷酸铝玻璃的(a)配位数(CN)、(b) Qn、(c)环尺寸作为结构输入所建立的定量结构-性能关系模型。从左到右列为结构描述符Fnet分别与实验密度、硬度、玻璃化转变温度和热膨胀系数的关系。

近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室王征飞教授与美国犹他大学刘锋教授，清华大学薛其坤院士、马旭村研究员，中科院物理所周兴江研究员合作，首次发现了铁基高温超导材料中的一种新型一维拓扑边界态，该成果在线发表于《自然—材料》杂志。　　自然界中至今还没有发现拓扑超导材料，如何设计寻找拓扑超导材料已成为研究人员关注的焦点。以往的研究思路是借助外延生长将拓扑材料放置在超导材料上或将超导材料放置在拓扑材料上，通过邻近效应实现拓扑超导体。但这种复合材料对于生长工艺的要求十分苛刻，阻碍了拓扑超导材料研究的发展。　　研究人员以新型高温超导材料FeSe/SrTiO3为研究对象，结合理论计算、扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱，系统地研究了其反铁磁电子构型，并在实空间观测到自旋—轨道耦合所打开的拓扑能隙中一种新型一维拓扑边界态的存在。该研究工作揭示了FeSe/SrTiO3中同时存在的超导与拓扑两种特性，为探索单一材料高温拓扑超导体和马约拉纳费米子开辟了新途径。同时该工作也有助于进一步理解FeSe/SrTiO3的高温超导机制，对于推动铁基高温超导材料的机理研究具有重要意义。

钢铁材料检测技术探讨及产品的开发 近年来，具有国际先进水平的检测技术、备不断地被国内钢铁行业所引进、用，从化学成分分析到物理性能检测的新技术、设备不断涌现，对钢铁材料的质量提升、产品的研究开发等起到了重要作用。 随着钢铁检测技术的快速发展，大量新的检测仪器、术不断应用于公司各实验室中，为此，广大检测技术人员进行了积极的消化、收，并有所创新和发展。品质保证部在应用新技术的过程中，大胆探索积极总结，形成了钢铁中碳硫红外分析方法、钢铁光电直读光谱分析方法、光电直读光谱法测定钢中的主量元素等十多个分析方法的企业标准，规范了分析方法，提升了检测水平，技术研发中心实验室技术人员对多种检测技术产品进行研究，完成《QL-5800型光电直读光谱仪分析技术应用与研究》及在2010.05.19&ldquo 新型火花光电直读光谱分析仪&rdquo 荣获实用新型专利证书：ZL2009 2 0230876.X；通过检测技术人员的这些努力，使公司的检测水平与产品始终保持在同行业先进行列。 利用火花直读光谱仪的原理，进行金属材料中大面积范围内的成分及状态定量分布的快速分析，具备元素偏析度分析、夹杂物的定量分析与分布分析、属表面疏松度分析以及成分分析四大基本功能。与传统技术比较，具备制样简单、定量准确、分析速度快的特点。 南京麒麟分析仪器有限公司 2011年8月8日

近日，大连化学物理研究所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员、郑琼副研究员团队自主开发出10kWh磷酸焦磷酸铁钠基钠离子电池系统，并实现了用电负载的稳定供电。经测试，系统输出能量为9.7kWh，直流侧能量转换效率为91%。 　　该系统由5个独立的电池模组和与其配套的逆变器、控制模块共同组成。其中，每个模组(50V/40Ah)由34个20Ah级钠离子软包电池、采用2并17串方式构成。该钠离子电池体系具有低成本、长寿命、高安全等优势，在大规模储能领域具有很好的应用前景。大连化学物理研究所储能技术研究部在2015年开始布局钠离子电池技术，特别是聚焦具有高稳定性、长寿命、高安全性等优势的磷酸盐基钠离子电池技术。团队坚持基础研究与应用研究并重，实现了钠离子电池从基础研究探索跨越到关键材料中试制备、大容量电芯及系统集成。 　　团队先后攻克了磷酸盐正极材料电导率低、稳定性差，碳基负极储钠动力学慢，电解液—电极界面成膜机理不明确等系列关键科学问题；打通了磷酸盐正极的百公斤级制备工艺，开发了多种生物质基硬碳负极制备工艺和高兼容电解液体系；基于自主研制的电极、电解液和电芯技术，集成出5至20Ah级钒系和铁系磷酸盐基软包电芯，比能量达到100至143Wh/kg；在电芯研发的基础上，团队先后集成了48V/10Ah、72V/20Ah磷酸盐基钠离子电池系统并开展示范。 　　此外，团队先后申报发明专利60余件，获授权发明专利20余件，形成了较为完整的自主知识产权体系；参与制定5项钠离子电池技术标准；推进了与企业间产业化合作，加速了磷酸盐基钠离子电池的产业化进程。 　　近日，团队开发的钠离子电池电芯通过了由国家工信部锂离子电池及类似产品标准工作组、中关村储能产业技术联盟组织开展的全国首批钠离子电池产品测评，验证了团队钠离子电池技术的可靠性。该系统的成功研制，对于推动钠离子电池在储能领域的应用具有重要意义。 　　以上工作得到榆林学院—中国科学院洁净能源创新研究院联合基金、大连化学物理研究所创新基金等项目的支持。

日前，上海海事大学与宝山钢铁股份有限公司共同建立的“海洋极端钢铁材料制备与蚀损控制”联合实验室正式揭牌。这是中国首个海洋极端钢铁材料联合实验室。　　上海海事大学党委书记金永兴表示，该实验室的建立填补了海洋极端环境材料校企联合研究平台的空白，符合国家向深海、极地进军的要求，也顺应国际深远化、极地化发展趋势。　　“因为材料制备科学和工艺研究滞后、材料依赖进口，导致中国极端海洋环境装备研发空白、依赖进口，成为制约中国深远海、极地技术与能源发展的瓶颈。”上海海事大学海洋材料科学与工程研究院院长尹衍升教授表示，该联合实验室将根据国家在极地低温和南海高温热海域等极端海洋环境下船舶及海工用钢材料的重大需求，结合国际前沿发展趋势，主要在适用于极端海洋环境的新型海工材料研发、特殊海洋环境下材料破坏机理、海洋材料新型表面防护技术等方面展开合作研究。　　据介绍，该联合实验室研究方向包括：极寒海洋船舶及工程装备材料的研发与应用、深海极端环境高强耐蚀钢的研发与应用、南海高湿耐蚀材料的研发及应用、海洋极端环境抗劣化涂层研发系统及深海石油关键装备国产化及防护技术等。　　联合实验室依托上海海事大学海洋材料分析测试中心及宝山钢铁股份有限公司中央研究院建立，拥有极地低温环境模拟试验系统、原油舱原位腐蚀模拟试验系统及从事金属材料制备及分析、材料微观成分及形貌检测、材料电化学性能检测、海洋生物污损测试分析等一批先进仪器设备，总价值5000余万元 具有集材料制备、性能测试、机理分析、数值模拟、工程应用与技术等一体化开发的研究平台。　　2012年以来，宝山钢铁股份有限公司与上海海事大学在极端海洋环境领域研究方面，先后开展多次密切合作。双方在极寒环境下的耐磨耐蚀船舶用钢等领域展开了深入的合作，初步掌握乌克兰制造的“雪龙”号钢材冶炼和轧制工艺以及焊接技术，在消化吸收的基础上成功进行了试生产，并共同开启中国极寒海洋环境高级别船舶用钢规模化生产技术的系统研究和开发。

近几年全球各国对“清洁排放”的追求，使新能源汽车获得了高速的发展，由此带动了锂离子电池的飞速发展。2019年诺贝尔化学奖更是颁给从事锂离子电池研究的三位科学家——美国科学家约翰古迪纳夫、英裔美国科学家斯坦利惠廷厄姆与日本科学家吉野彰。 当前的动力锂离子电池包含多种关键性材料，无论是圆柱形、方形还是软包电池，其结构组成均与下图类似。其中正极材料无论是成本还是分析项目，都占有最高的比重。 根据材料的不同，可将锂离子电池分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰（三元）型等，目前商品化的动力锂电池主要以磷酸铁锂和三元为主。 本系列将从动力锂电池的正极、负极、隔离膜、电解液的检测以及电池电芯的失效分析等五个维度全面解析岛津的完整解决方案与特色的应用。 正极材料的完整解决方案 岛津具备多种表征及测试设备，可帮助正极材料企业及电池企业应对各种生产、质量控制及研发的测试需求。 特色应用1、 聚集体、异物的检测正极材料，无论是磷酸铁锂还是NCM、NCA等三元材料，在材料企业的生产过程中或者电池企业的使用过程中，不可避免地存在着聚集体或者外来的异物。这些异物的存在，对后续电池的性能、安全可能造成潜在的巨大危害。异物的检测有多种手段，但无论是电子显微镜还是X-Ray等其他的方式，都有着成本过高不能较好地适应环境多变的生产现场的缺点。 岛津在2019年推出的新产品——动态颗粒图像分析系统iSpect DIA-10，其使用和维护的成本低，仪器灵敏度高且操作简单便捷，同时又具备皮实耐用等特点，尤其适合产线上用于测试三元正极材料的聚集体、异物等分析。 2、 元素含量的检测及其分布的表征电子探针显微分析仪EPMA作为有效的分析工具，广泛应用于锂离子电池各种材料的研发、制造工序的质量管理、不良解析等方面。岛津的电子探针显微分析仪EPMA-8050G具备卓越的空间分辨率、高灵敏度及高分辨率等特点，特别是针对超轻质量数元素（可低至4Be）具有优秀的检出能力。这些突出的特点，收获了众多正极材料制造商的认可。以下的案例是使用EPMA-8050G表征正极截面活性物质、粘合剂、导电助剂及电解质的分布。 正极截面整体的元素面分析（Al：集流体；Mn+O：活性物质；F+P：电解质支撑盐；C+F：粘合剂；C：导电助剂）正极截面放大后活性物质的元素面分析 3、 颗粒物抗压能力与性能关系的评价当前的正极材料，无论是磷酸铁锂还是NCM/NCA等三元材料，主流的方法都是高温固相合成法，为了达到更佳的性能，一般来说正极材料都是具有多孔的结构。但孔隙率也是需要控制的，否则会造成材料结构过于疏松从而在充放电循环当中容易坍塌。 岛津独特的微小压缩试验机（MCT）可针对单个颗粒进行抗压和回弹能力学性能的测试。另外该仪器可选配电阻测量组件及温度控制系统，因此除获得粒子的力学性能之外，还可以同时获得颗粒的电阻-压缩率关系、温度-压缩率关系等丰富的信息。结合BET、SEM、激光粒度仪等手段，可使获得的正极材料颗粒物兼具更佳的性能和稳定性。

为提升先进钢铁材料产业核心竞争力，更好发挥计量对产业的技术支撑和保障作用，近日，市场监管总局批准依托钢研纳克检测技术股份有限公司筹建国家先进钢铁材料产业计量测试中心。计量是先进钢铁材料的技术基础保障和产品质量保障，贯穿于先进钢铁材料的研发设计、生产制造、出厂检验、包装运输、服役应用和循环回收等全寿命周期。例如，先进钢铁材料的化学成分配比、组织等级、工艺参数、性能指标的优化设计，只有通过准确的计量测试，才能不断地改进完善。同时，计量测试更是先进钢铁材料产业节能减排的“眼睛”和标尺，是促进节能减排的重要前提和必要手段。 筹建国家先进钢铁材料产业计量测试中心，能够加强符合流程性钢铁工业特点的量值传递技术和关键参数测试技术研究，补齐计量测试短板、夯实产业基础，引领先进钢铁材料计量测试方向，建成“全产业链、全寿命周期、全溯源链、具有前瞻性”的先进钢铁材料产业计量测试体系，更有效地保证先进钢铁材料产品质量稳定、可靠、可信。同时，为产业培养计量测试高端技术人才，提供高水平、系统性计量测试服务，助力先进钢铁材料绿色制造、智能制造，助力高端装备、重大工程关键钢铁材料的自主可控和前沿技术的突破，促进钢铁行业质量效益全面提升、高质量发展。

【科学背景】弛豫铁电材料（RFE）是一类重要的介电材料，由于其高能量密度和优异的功率密度，广泛应用于能量存储和高功率电子系统中，因而成为研究热点。然而，现有RFE的能量密度普遍低于200 J/cm³ ，这限制了其在下一代能量存储设备中的应用潜力。当前，提升能量存储密度的主要挑战在于极化能力不足和击穿电场较低，导致其在实际应用中的可靠性受到影响。为了解决这一问题，7月11日，清华大学李敬锋教授，北京理工大学黄厚兵研究员和澳大利亚卧龙岗大学张树君教授合作在“Science”期刊上发表了题为“Partitioning polar-slush strategy in relaxors leads to large energy-storage capability”的最新文章。他们提出了通过化学异质性引入短程有序的极性纳米区域（PNRs）来增强RFE的性能。这一策略使得材料内部形成了极性簇，从而显著提升了可逆极化和击穿强度，进而实现了更高的能量存储能力。例如，Bi(Mg,Ti)O3-SrTiO3薄膜在这种设计理念的指导下，其能量密度达到了110 J/cm³ ，效率提升至80%。通过进一步优化PNRs的结构和分布，研究者们期望能够突破现有材料的性能瓶颈，推动RFE在能量存储领域的应用。【科学亮点】（1）实验首次实现了在弛豫铁电材料中应用分区极性泥状策略，成功得到具有独立极性簇的高性能Bi(Mg0.5Ti0.5)O3-SrTiO3薄膜。这一创新设计显著提高了材料的能量存储密度和效率。（2）实验通过相场模拟指导，抑制非极性立方基质并引入高绝缘网络，从而形成了动态的泥状极性簇。这一过程显著增强了可逆极化和击穿强度，使得材料的能量存储密度（Ue）达到202 J/cm³ ，效率高达约79%。（3）研究还表明，形成短程有序的极性纳米区域（PNRs）有效降低了极化切换障碍，进而减少了剩余极化（Pr），实现了更高的可恢复极化（ΔP）。（4）尽管已有研究在PNR结构上取得进展，但通过缩小PNRs以形成极性簇的方式仍面临挑战。该方法虽然能降低Pr，却可能削弱局部极化，影响最大极化（Pm）和ΔP。【科学图文】图1：采用隔离极性IPS策略设计具有增强储能性能的RFEs。图2：研究了三种基于BMT-ST的RFE薄膜的极化、电气和储能性能。图3：三种基于BMT-ST的RFE薄膜的结构表征。图4：储能性能的可靠性、稳定性和可扩展性测量。【科学启迪】本文的研究为弛豫铁电材料的发展提供了重要价值，尤其是在能量存储领域。首先，通过引入分区极性泥状策略，成功实现了极性簇的独立化，这不仅提高了材料的能量存储密度，也展示了在设计新型介电材料时灵活性的重要性。这种创新的设计理念强调了化学异质性对材料性能的关键作用，为进一步探索极性纳米区域（PNRs）提供了新的思路。其次，实验中所采用的相场模拟方法，不仅为材料设计提供了科学依据，也展示了计算与实验相结合的重要性。这种方法论的应用为未来新材料的快速开发奠定了基础，尤其是在解决材料内部结构和性能关系时，能够提供深刻的洞见。此外，研究还指出了在提升材料性能时需解决的技术挑战，如极化开关障碍和绝缘性能的权衡。这一发现提醒我们，在追求高性能的同时，必须综合考虑材料的多种物理特性，以实现最佳的应用效果。最后，本文的成果不仅推动了高能量密度电容器的技术进步，也为未来在电力电子、智能电网及电动汽车等领域的应用开辟了新的可能性。这种跨学科的研究模式和思路，将进一步促进材料科学与工程技术的融合，为新一代能量存储系统的发展奠定坚实基础。文献信息：Liang Shu&dagger , Xiaoming Shi, Xin Zhang, Ziqi Yang, Wei Li, Yunpeng Ma, Yi-Xuan Liu, Lisha Liu, Yue-Yu-Shan Cheng, Liyu Wei, Qian Li, Houbing Huang, Shujun Zhang, Jing-Feng Li,&thinsp Partitioning polar-slush strategy in relaxors leads to large energy-storage capability, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn8721

为认真贯彻落实党中央、国务院关于碳达峰、碳中和战略部署,充分发挥本省清洁能源优势,加快动力电池产业和新能源汽车产业发展,四川省人民政府办公厅于2022年4月印发《“电动四川”行动计划 (2022—2025年)》（以下简称“计划”）。明确支持行业龙头企业与甘孜州、阿坝州等资源地深化合作, 坚持生态环境保护优先,有序、高效、清洁开发锂矿资源,促进优势资源尽快转化形成实际产能。自计划发布以来，四川省发展改革委先后批复同意四个动力电池材料生产加工项目节能方案；项目合计年产能31万吨，总投资超过56.8亿。在节能方案获批后，项目将进入施工阶段，项目生产设备及检测设备也将迎来集中采购。仪器信息网特根据项目公开信息，对新建实验室与所需检测仪器等进行盘点，供行业参考。年产10万吨磷酸铁锂正极材料项目基本概况表项目名称年产10万吨磷酸铁锂正极材料项目项目业主宜宾万鹏时代科技有限公司建设地点宜宾市屏山县纺织工业园区建设性质新建主要建设内容及规模项目年产10万吨磷酸铁锂正极材料（一期年产4万吨、二期年产6万吨）。购置配料系统、研磨系统、喷雾干燥系统、窑炉烧结系统、后处理及包装系统等相关生产设备以及配套公辅设备；建设生产厂房、中控室、综合办公楼及制氮站、循环水站、冷冻水站、空压机房、纯水机房等相关公辅助设施，总建筑面积63000平方米。投资规模180000万元建设工期（年限）22个月行业类别电子专用材料制造（C3985）审核类型备案（屏山县发展和改革局）备注项目代码：2108-511529-04-01-315032该项目拟分两个阶段新建2座厂房及实验室等设施。厂房用于磷酸铁锂生产，每个厂房设置两条生产线，主要包含配料、研磨、喷雾干燥、烧结、粉碎、除铁、包装等工序；实验室建筑面积约100m2，主要进行产品的生产实验和产品研发。生产环节所需设备清单如下：项目主要生产设备一览50000吨/年锂电正极材料项目一期（TJ3标段及生产线）基本概况表项目名称50000吨/年锂电正极材料项目一期（TJ3标段及生产线）项目业主四川新锂想能源科技有限责任公司建设地点四川省遂宁市射洪县经济开发区锂电产业园建设性质新建主要建设内容及规模年产4万吨镍钴锰酸锂锂离子电池正极材料。建设生产厂房、水洗厂房及生产线，配套建设综合库、外管、连廊、空压站、废水处理站、冷冻水站、管控中心、倒班楼等公辅设施，总建筑面积11.57万平米投资规模260820万元建设工期（年限）12个月行业类别电子专用材料制造（C3985）审核类型备案（射洪市行政审批局）备注项目代码：2105-510922-04-01-381915本项目拟新建三座生产车间、水洗车间等生产设施，同时建设空压站、冷冻水站、废水处理站等配套公辅、环保设施，新增建筑面积 84632.7m3。三座生产车间将新建检测室，配置操作台及分析仪器，主要进行原料、产品成分测定，涉及检测项目及仪器、试剂如下：本项目检验检测类别10万吨/年锂离子电池正极材料磷酸铁锂前驱体项目基本概况表 项目名称10万吨/年锂离子电池正极材料磷酸铁锂前驱体项目项目业主四川省盈达锂电新材料有限公司建设地点遂宁市蓬溪县经济开发区金桥工业园区建设性质新建主要建设内容及规模项目年产锂离子电池正极材料前驱体磷酸铁10万吨，分两期建设，一、二期产能分别为5万吨。购置闪蒸干燥器、回转窑、燃气蒸汽锅炉、合批混合机等设备设施建设锂离子电池正极材料前驱体磷酸铁生产线。租用生产车间、库房、锅炉房、废水处理装置、罐区等建构筑物，新建办公楼、倒班宿舍等，总建筑面积56265.07平方米。投资规模40000万元建设工期（年限）14个月行业类别电子专用材料制造（C3985）审核类型备案（蓬溪县发展和改革局备案）备注项目代码：2104-510921-04-01-530284四川裕能四期年产6万吨磷酸铁锂项目基本概况表项目名称四川裕能四期年产6万吨磷酸铁锂项目项目业主四川裕能新能源电池材料有限公司建设地点遂宁市安居经济开发区安东大道锂电产业园建设性质新建主要建设内容及规模项目年产6万吨磷酸铁锂产品。建设主厂房、成品仓库、供气车间，购置安装砂磨机、喷雾干燥塔、辊道窑炉、纯水设备、空压机、冷却塔、除铁器、筛分机、包装机、批混机等主要生产设备，总建筑面积为47631.79平方米。投资规模87558万元建设工期（年限）15个月行业类别电子专用材料制造（C3985）审核类型备案（安居区发展和改革局）备注项目代码：2101-510904-04-01-6331042022年5月24-26日，仪器信息网将与中国化学与物理电源行业协会联合举办第四届“锂离子电池检测技术及应用”网络会议，按主要检测技术分设六个专场，邀请锂电检测领域研究应用专家、相关仪器技术专家等，以网络在线报告交流的形式，针对当下锂电研究热点、锂电检测新技术及难点、锂电检测市场展望等进行探讨，为锂电检测应用端与仪器设备供应端搭建交流平台，促进我国锂电检测市场良性发展。

近日，市场监管总局复函中国钢研科技集团有限公司，同意依托钢研纳克检测技术股份有限公司筹建国家钢铁材料计量站( 钢研纳克 )。国家钢铁材料计量站( 钢研纳克 )将作为市场监管总局授权的法定计量检定机构,承担杯突试验机、旋转纯弯曲疲劳试验机、发射光谱仪、定碳定硫分析仪、仪器化夏比摆锤冲击试验机、1500℃~2300℃套管式钨铼热电偶、辉光放电质谱仪、能量色散X射线荧光光谱仪、大型多通道超声波探伤仪和磁粉探伤机等10项钢铁材料领域专用计量器具的检定、校准和测试任务。计量是保障钢铁产品质量稳定、可靠和高端供给的技术基础，国家钢铁材料计量站（钢研纳克）将按照《计量授权管理办法》、《专业计量站管理办法》要求，积极履行相关责任，加强对钢铁行业计量检定、校准数据的采集、管理和应用，聚焦钢铁行业存在的计量技术难题和钢铁材料高质量发展中对计量技术的需求，不断健全创新体系，加速推动前沿计量技术的突破，不断完善和提高钢铁行业计量专业技术水平，促进钢铁行业质量效益全面提升。

互联网、人工智能等信息技术的快速发展，对存储器的存储密度、访问速度以及操作次数都提出了更高的要求。氧化铪基铁电存储器具有低功耗、高速、高可靠性等优势，被认为是下一代非易失性存储器技术的潜在解决方案。现在普遍研究的正交相(orthorhombic phase，简称“o相”)HfO2基铁电材料由于自身高铁电翻转势垒和“独立翻转”的偶极子翻转模式，使基于该铁电材料的器件具有高矫顽场，导致器件工作电压与先进技术节点不兼容、擦写次数受限等问题。这一问题是基于o相HfO2基铁电材料的本征特性，难以通过传统的优化工艺加以解决。因此，探寻结构稳定且具有低翻转势垒的HfO2基铁电材料是亟待解决的难题。 中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室刘明院士团队与物理研究所研究员杜世萱团队合作，发现了稳定的铁电三方相Hf(Zr)1+xO2材料结构。这种结构降低了HfO2基铁电材料中铁电偶极子的翻转势垒。研究通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算发现，当Hf(Zr)1+xO2材料中，Hf(Zr)与氧的比例大于1.079:2时，三方相的形成能低于铁电o相和单斜相(m相)的形成能。扫描透射电子显微镜(STEM)实验清晰显现了过量Hf(Zr)原子嵌入在铁电三方相晶格的晶体结构，证实了理论计算的结果。嵌入的Hf(Zr)原子扩展了晶格，增加了其面内和面外应力，起到了稳定Hf(Zr)1+xO2材料结构和降低其铁电翻转势垒的作用。基于Hf(Zr)1+xO2薄膜的铁电器件展示了超低矫顽场(~0.65MV/cm)、高剩余极化(Pr)值(22μC/cm2的)、小的饱和极化电场(1.25MV/cm)、和大的击穿电场(4.16MV/cm)，并在饱和极化下实现了1012次循环的耐久性。这一研究结果为低功耗、低成本、长寿命的存储器芯片提供了一种有效的解决方案。 　　研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国科学院的支持。近期，相关研究成果发表在《科学家》(Science)上。中国科学院大学的科研人员参与研究。图1. 平面铁电电容器的基本特性及Hf(Zr)1+xO2薄膜的结构表征图2. 富含Hf(Zr)原子的菱面体Hf(Zr)1+xO2薄膜的原子尺度STEM分析图3. 基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算图4. 基于Hf(Zr)1+xO2薄膜的铁电电容器的性能

6月28-30日，2022中国青岛锂电负极材料技术大会在青岛举行，国仪量子携“锂电材料分析测试解决方案”闪耀大会，为锂电池材料行业的高品质发展带来了系统化的解决方案。随着国家全面推进“碳达峰、碳中和”战略，新能源产业成为实现国家双碳目标、推动能源转型的重要力量。锂离子电池以其体积小、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点，覆盖消费电子产品、电动工具、新能源汽车、清洁电器、储能等众多应用场景，是促进新能源产业发展的重要力量。这也对锂离子电池制造的相关材料、工艺技术、效益、成本、制造装备等方面提出了更高要求。锂离子电池主要由四部分构成：正极、负极、电解液和隔膜。其主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动（嵌入与脱嵌）进行工作。锂离子电池概述本次大会上，国仪量子的应用工程师尹相斐和王华强分别就扫描电镜和气体吸附技术在锂电行业的解决方案做了专题报告，获得热烈反响。国仪量子自主研制的扫描电镜、比表面及孔径分析仪、电子顺磁共振波谱仪（详情点击阅读原文）等高端科学仪器，可分别对锂离子电池的负极材料、正极材料、隔膜等原材料进行检测，避免因原料质量低、引入杂质和加工工艺不当而引起的电池失效。国仪量子应用工程师作专题报告国仪量子的场发射扫描电镜SEM5000具有的低压高分辨特性，可以清晰地观察出负极材料的表面形貌；对正极材料及其前驱体的单颗粒形貌，颗粒分布情况等进行表征，并结合能谱对原料成分和杂质进行检验；可以对极片表面活性物质、导电剂的均匀程度和分散性以及加工后正负极颗粒的完整性进行检测；可以在低加速电压下清晰地观察隔膜的孔径尺寸和分布均匀性，避免高能电子束对隔膜造成的损伤。钛酸锂正极极片负极极片极片表面的导电添加剂隔膜高性能锂电池的研发，不仅与电池的制造工艺水平相关，更与所选择的电池材料本身的理化性质紧密相关，如比表面积大小以及孔径分布都对锂电池的电化学性能起着至关重要的影响。因此，通过对锂电池材料的比表面积测试和孔径分布分析，可以初步判断出电池材料是否符合要求，同时对锂电池的电化学性能也会有一个基础的判断。国仪精测的比表面及孔径分析仪等产品可广泛应用于锂电池原材料快速检测、锂电池电极材料合成过程比表面积控制以及硅基负极材料改性过程性能分析等工作中。全自动比表面及孔径分析仪 V-Sorb X800(SM)单模组多功能型以下图片是使用国仪量子的F-Sorb 2400CES动态法比表面积测试仪对正负极原材料的比表面积快速检测结果，检测速度快且稳定性高。 石墨负极材料直接对比法比表面积快速检测结果磷酸铁锂正极材料多点BET法比表面积快速检测结果下图是采用国仪量子的V-Sorb 2800S系列比表面积测试仪对磷酸铁锂正极材料的比表面积测试结果，可以看到其线性拟合度好，测试精度高，且比表面积实测值符合行业的参考标准。磷酸铁锂正极材料比表面积测试结果下图是采用国仪量子V-Sorb 2800P系列比表面及孔径分析仪测试得出的N2吸附-脱附等温线。 Si@void@C的N2吸附-脱附等温线(插图：孔径分布）国仪量子以量子精密测量技术为核心，聚焦科学仪器主航道，推出了一系列“人无我有”“人有我优”的高端科学仪器，致力于推动行业发展。相关技术团队在显微分析和气体吸附技术领域深耕近20年，针对锂电材料领域已形成了一套系统化的解决方案。

新材料“十二五”规划即将推出，涉及了包括高强轻质合金、高性能钢材、功能膜材料在内的6类新型材料。其中，高性能钢铁将分别受益于未来大飞机、新能源汽车和高端装备制造业的高速发展，需求提升潜力巨大，还将获得数千亿的资金支持，抚顺钢铁、西宁特钢、太钢不锈等上市公司值得重点关注。　　《新材料产业“十二五”发展规划》即将推出，其中，高性能钢铁是新材料“十二五”规划中获得政策重点支持的品种之一，国家将通过税收减免、补贴、重大项目支持等形式支持企业的研发、研究成果产业化和发展相关配套设施，资金由企业和政府共同承担，保守估计达数千亿元。　　当传统的钢铁产能面临着高耗能瓶颈，即将遭到大规模淘汰的时候，高性能钢铁产品有望成为突破能耗、资源和环境瓶颈的领头羊。同时，“十二五”高端装备制造业的发展将是这类产品需求提升的主要推动力。　　据悉，中国目前需要淘汰的螺纹钢、热轧带钢、热轧硅钢产能分别达到7,800万吨、4,541万吨、58.5万吨。传统的低端钢铁产品逐步淘汰后，将为高端钢铁产品提供广阔的市场空间。　　上半年出台的《钢铁行业“十二五”规划(草案)》指明的特种钢铁重点方向是：高速铁路、城市轨道交通、海洋工程和海上石油开采、大型和特殊性能船舶和舰艇、节能环保汽车、特高压电网等高端装备制造领域，预计大飞机、高铁、海工、能源等高端装备制造领域“十二五”投资规模有望达到10万亿元。　　资料显示，钢铁分为22个大类，每一类都包含高性能钢铁，我国高性能钢铁总体占比不高，远低于发达国家水平。专家称，我国有的高性能钢铁技术水平相对较领先，如第三代汽车用钢、机械制造用钢、管线用钢等。业内人士表示，国内高性能钢铁部分技术还停留在实验室层面，科研成果产业化还需要继续努力。　　特钢可以分为高、中、低三个层次：一是以优质碳素结构钢为主的低端特钢 二是以合金钢为代表的中端特钢 三是以不锈钢、工具钢、模具钢和高速钢为代表的高端特钢。数据显示，2010年我国特殊钢产量约为4.800万吨，仅占钢产量的8%左右，特钢占比远低于发达国家。目前我国特钢的发展以中低端产品为主，高端特钢占比不到7%，远低于日本30%的水平，未来高端特钢的市场前景广阔。　　中国的特钢行业集中度是比较高的，前10大特钢企业市场占有率超过了50%，已形成了四大特钢集团，分别是：东北特钢集团、宝钢集团、中信泰富特钢和西宁特钢，目前主要的技术储备和订单都来自于这四大特钢集团。　　东北特钢旗下的抚顺特钢是我国国防军工产业配套材料最重要的生产科研试制基地，为我国国防工程提供大批关键的新型钢材料，在模具钢、汽车用齿轮钢、高温合金轴承钢国内市场占有率分别为40%、35%、40%。宝钢股份作为中国钢铁的龙头企业，主要生产特钢和不锈钢，主要用于汽车和造船，其产品具有高技术含量、高附加值的特点，具有很强的定价能力。　　西宁特钢的主要优势来自于其完整的“煤铁钢”一体化产业链，并形成了“高炉-转炉-精炼-连铸-连轧”优特钢生产线。　　而在不锈钢方面，太钢不锈是这一子行业当仁不让的领头羊，该公司已经成为核电最全钢材供应商，目前在特种硅钢领域获得技术突破，未来发展潜力巨大。　　除高性能钢铁外，新材料“十二五”规划将优先支持一些影响相对更大的先导性和更为基础的用量较大的材料，比如复合材料、高强轻型合金、稀土功能材料等。工业和信息化部部长苗圩表示，新材料是七大战略性新兴产业之一，对于支撑整个战略性新兴产业发展，促进传统产业转型升级，保障国家重大工程建设，具有重要战略意义。我国将大力发展新材料和先进制造技术，加快推进材料产业结构调整，积极发展先进结构材料、功能材料和复合材料 将加大新材料推广应用和市场培育，加快发展科技含量高、产业基础好、市场潜力大的关键新材料，选择最有可能率先突破和做大做强的领域予以重点推进，支持有条件的地区率先发展。　　据估计，近几年中国新材料市场需求平均年增长高达20%左右，截至2010年产业规模已经超过1,000亿元。新材料产业具有基础性产业的特点，其产业规模的扩大对于扩大其他产业的规模具有乘数效应。未来，该产业的市场空间将更加广阔。

德国元素Elementar | 新能源汽车行业电极材料分析解决方案对于新能源领域的发展来说，电池是关键的环节，也是近年来产业链中投资火热的领域之一。动力电池性能指标主要有储能密度、循环寿命、充电速度、抗高低温和安全性五个维度，其中储能密度和安全性是两大刚需，凭借这两点磷酸铁锂电池和三元锂动力电池跻身主流市场，分别应用于电动客车和电动乘用车市场。 三元锂动力电池是锂电池的一种，是指采用镍钴锰酸锂做正极材料的锂电池。而另一种锂离子电池阳极材料是磷酸铁锂，化学式为LiFePO4，主要用于各种锂离子电池。随着电池行业的快速发展，相关公司针对于现有的三元锂电体系，提出了无钴电池材料的研发方向，由于钴的价格比较昂贵，可以通过增加镍的含量，来增加能量密度和降低成本。 硅材料是目前已知的拥有最高理论比容量的负极材料，作为锂电池负极，在提高动力电池性能上有着巨大的潜力，并且工业上大规模应用的时间窗口已经来临。但是，硅负极材料具有较高的体积膨胀，纯硅作为锂离子电池负极材料时极易粉化、脱落，从而与电解液不断形成新的SEI膜，其电化学性能较差。因此硅碳复合材料是作为锂离子电池负极材料的理想选择。而对于以上的锂电池材料来说，碳硫元素含量的测量至关重要。因为这两种元素含量的范围会对锂电材料的充放电速率，电池容量以及电化学性能有很大影响。这里选择了来自于德国元素的inductar CS cube对于这三种材料进行测量：inductar CS cube 红外碳硫仪应用领域：黑色系金属合金，有色金属，有色金属，碳化物及陶瓷材料，地质矿物，电极材料的碳硫分析。特点：创新性坩埚设计，无需动力气清洁型燃烧（低灰尘和尘屑），无需外接吸尘器加热的除尘过滤器，配备了高效的风冷水冷装置可自由程序变化输出功率的感应炉 可自由程序变化的注氧流速燃烧过程可由光学摄像系统观察专利球夹设计，实现免工具维护

美国麻省理工学院物理学家在单原子薄材料中发现了一种奇异的“多铁性”状态。他们的观察首次证实了多铁性可存在于完美的二维材料中。发表在最新一期《自然》杂志上的这一发现，为开发更小、更快、更高效的数据存储设备铺平了道路，这些设备由超薄的多铁性比特和其他新的纳米级结构组成。　　研究作者、麻省理工学院物理学教授努格迪克称，二维材料就像乐高积木，不同组合会出现百变形状。“现在我们有了一个新的乐高积木：单层多铁体，它可与其他材料堆叠在一起，诱导出有趣的特性。”　　实验证实，碘化镍在其二维形式中是多铁性的。更重要的是，这项研究首次证明了多铁有序可存在于二维中，这是构建纳米级多铁存储位的理想维度。　　在材料科学中，“多铁性”指的是材料电子中任何属性在外场下的集体转换，如它们的电荷或磁自旋方向。材料可以表现为几种铁性状态中的一种。例如，铁磁材料是电子自旋集体沿着磁场方向排列的材料，就像向日葵向着太阳转一样。同样地，铁电材料由自动与电场对齐的电子电荷组成。　　在大多数情况下，材料要么是铁电性的，要么是铁磁性的。它们很少能同时体现这两种状态。“这种组合非常罕见，”研究作者之一里卡多科明教授说。“即使对整个元素周期表都不加限制，也不会有太多这样的多铁材料生产出来。”　　但最近几年，科学家们在实验室里以奇特的耦合方式合成了表现出多铁性的材料，既表现为铁电体，又表现为铁磁体。电子的磁自旋不仅可受磁场影响，还可受电场影响。　　这种耦合的多铁性状态令研究人员十分兴奋，因为它具有开发磁性数据存储设备的潜力。在传统的磁性硬盘驱动器中，数据被写入快速旋转的磁盘上，磁盘上刻有微小的磁性材料域。悬浮在磁盘上的一个小尖端会产生一个磁场，它可以共同将域的电子自旋切换到一个方向或另一个方向，以表示编码数据的基本“位”——“0”或“1”。　　尖端的磁场通常是由电流产生的，这需要大量的能量，其中一些能量可能会以热的形式损失。除了硬盘过热外，电流产生磁场和切换磁位的速度也有限制。科明和努格迪克等物理学家认为，如果这些磁性比特可由多铁性材料制成，它们就可使用更快、更节能的电场而不是电流感应磁场来切换。如果使用电场，写入比特的过程将会快得多，因为在电路中可在几分之一纳秒内产生场，这可能比使用电流快数百倍。

p style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"锂电行业近年来正在快速增长，并对多类光学、物性检测领域的仪器设备有着强烈需求。对于锂电池的电池材料来说，粒度、细度的检测是重要的相关参数，因而对激光粒度仪仪器厂商，锂电行业就此成为了他们书写市场红利新篇章的重要笔墨。/span/pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/a0946e4d-f5d6-4005-b98d-768e0013fd6b.jpg" title="1.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "strongspan style="font-family:宋体"锂电池/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"粒度和粒径分布影响着锂电池材料性能的方方面面，特别是在生产流程，粒度粒径的检测有助于试验阶段的通过/span/span style="font-family:宋体"失败检测、过程控制、以及每个工厂的出货控制。对锂电池，特别是聚焦舆论大量视线的锂离子电池，在原材料管控阶段，主要有三类电池材料需要进行粒度检测——正极材料、负极材料和隔膜材料，所需的粒径检测范围在/span10nmspan style="font-family:宋体"到/span5mmspan style="font-family:宋体"之间。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"以锂离子电池的正极材料为例，粒径/spanD50span style="font-family:宋体"是关键性的质量控制指标之一，无论是磷酸铁锂电极还是其他主流锂合金氧化物电极都不例外。/spanD50span style="font-family:宋体"是表示粒径大小的典型值，其标准定义是累计分布百分数达到/span50%span style="font-family:宋体"时对应的粒径值，又名中值粒径、中位径。电池正极对原材料的粒径要求波动范围较大，一般在/span1-20span style="font-family:宋体"μ/spanmspan style="font-family:宋体"之间。具体指标主要受到材料种类和工艺要求的双重限制。负极材料的粒径对电池的初始放电容量和首次效率等参数有重要影响，还是以锂离子电池为例，其负极石墨材料的平均粒径较为集中地分布在/span16-18span style="font-family:宋体"μ/spanmspan style="font-family:宋体"之间时，最为合适。电池隔膜，介于正负极材料之间，也是电池结构重要的组成部分，其中需要添加氧化铝等阻燃材料，这些阻燃材料的粒径需求则呈现随着隔膜层厚度不断提升，粒径不断减小的趋势，目前甚至需要达到亚微米甚至纳米级的要求。/span/pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/9c1cbb85-5a43-475e-978d-bc165aef7207.jpg" title="2.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "strongspan style="font-family:宋体"锂电池结构示意图/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-family:宋体"电池的工艺特性、充放电容量、体积能量密度等重要参数都会受到电池材料粒度的影响，/span span style="font-family:宋体"而在各种粒度检测方法中，激光粒度仪因具有操作简便、可测颗粒数、等效概念明确、速度快、准确性好等优点，受到锂电市场的青睐。在激光粒度仪的各类技术指标中，“分辨能力”对于电池材料的检测有着极为重要的意义。分辨能力是指激光粒度仪对样品中不同粒径之间的区分能力。这种能力对电池材料的检测非常重要，例如，过小颗粒的石墨粉中往往具有较多的菱方结构，用参有这种石墨材料的锂电池，储锂容量就会比较小，而分辨能力高的激光粒度仪，就能较容易地检测出石墨原材料中的菱方结构。/span /pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/f3d5ee0f-102d-47ac-9a4e-773ee5e791bc.jpg" title="3.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "strongspan style="font-family:宋体"激光粒度仪原理示意图/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="font-size:14px font-family:宋体"评估激光粒度仪分辨能力的方法有很多，最常见的就是测量在已知粒径的标准样品中加入少量比例已知的大/spanspan style="font-size:14px font-family:' Calibri' ,' sans-serif' "//spanspan style="font-size:14px font-family:宋体"小颗粒样品，看测试结果是否能满足真实的差异。目前在市场上，激光粒度仪的分辨能力往往从散射光能分布角度、信噪比光学电子设计、高精度的模数转换及反演计算水平等角度改进。而具有高品质高分辨率元器件、装配工艺及算法数控优化水平高的激光粒度仪，也越来越为锂电行业所重视。/span/p

p style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "span style="font-size: 16px "“今天讲三个方面，一个是关于整个体系的情况，以及未来的一个发展趋势，还有目前大家关心的，对于三元正极材料的安全性问题解决的方案和大家做一个交流。”/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "span style="color: rgb(255, 255, 255) background-color: rgb(255, 0, 0) "strongspan style="color: rgb(255, 255, 255) font-size: 16px "以下为现场实录（未经原作者审核）：/span/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "span style="font-size: 16px "各位领导、各位专家、各位来宾大家上午好！非常感谢中汽中心，在这里和大家一起就动力锂电正极材料现状及发展趋势进行讨论。/span/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 299px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/d90435fd-d956-4840-ad44-425a29cf4207.jpg" title="李建忠：动力锂电正极材料现状及发展趋势.jpg" alt="李建忠：动力锂电正极材料现状及发展趋势.jpg" width="450" height="299" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong北京当升材料科技股份有限公司董事、总经理李建忠/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "今天讲三个方面，一个是关于整个体系的情况，以及未来的一个发展趋势，还有目前大家关心的，对于三元正极材料的安全性问题解决的方案和大家做一个交流。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "span style="color: rgb(255, 0, 0) "首先来看目前的动力用的正极材料的主要的体系/span，主要是三类，一类是包括NMC和NCA的三元材料，目前单体能量密度可以做到280，在PACK领域可以超过160。第二类是磷酸铁锂，目前单体超过180，系统的能量密度目前可以做到145左右。当然还有一部分是锰酸锂，从目前主流的一些来看，不管是国内还是国外的主流车型这几年也是这样，逐渐有能量密度的提升。也可以看到，它的能量密度也有了很大的提高，特斯拉能量密度提升比较快一些，包括国内的车型基本在160每千克以上。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "从国际上的一些车型和国际上的主要电池厂目前主要选择的材料体系来看，不管从日本的索尼还有包括NSC，NCM还是占大多数的。现在，也在开发811（音），远景在没收购之前，提供第一代的811，现在开发第二代811，虽然没有推出出来，为了慎重起见，又测试了一遍，也说明了一个负责任的态度。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "国内的电池厂和国内配套的车，目前来说也是三元占了大多数，在大巴和乘用车方面包括磷酸铁锂有一部分。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "333、523不讲了，目前到6这一系列，其实6也发生了很大的变化，从最初的60现在做到65，甚至到了70，那么目前6列的最高的容量也将近了1：9，循环寿命比较好。从整个的可比容量来说，可以做到210以上，它的循环寿命常温的2000次以上，高温循环也可以做到1200次以上，足以满足整个使用寿命的要求。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "这是NCA的，可比容量做到215以上，压实密度在3.7以上，而且表示了很好的循环寿命。其实到了第三代，现在我们在做的开发出来的既不是简单的NCM，也不是简单的NCA，长城也是我们的客户，开发了四元材料，其实就是NCMA，现在韩国的国际客户他们用第三代的，实际上就是NCMA。加了A以后，输出性比较好，如果是M，在同样的镍含量下容量表现更高，NCMA以后，基本上输出性、容量各方面表现都比较突出，也表现比较好的循环寿命。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "还有一个是磷酸铁锂，其实现在磷酸铁锂已经到了单晶化和纳米化，在实验室可以做到可比容量已经是160以上了。表现出非常好的循环稳定性。当然如果我们做成磷酸锰铁锂，它的可比容量提高改变不是太大，但是它的电压平台从3.3提高到3.8，要提升20%到25%，但是实际做成电池能量密度提升到15%左右，说明还有提升空间。最主要的是它表现了非常好的一个热稳定性，同时还有循环性，以及它的倍率性。这个材料假设提升到了3.8V，我们可以和三元进行混合使用，保证了循环寿命、热稳定性都很好，成本又很低。如果把它的压实提升一下，尤其在负极上面做一些工作，能量密度上升以后，这一款材料表示出很大的优势，所以比亚迪说明年把体积密度提升50%以上，反正提高百分之二三十还是有可能的，这是目前的几款材料的现状。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "span style="color: rgb(255, 0, 0) "我们看一下未来的趋势/span，我们先从车厂来看，介绍一下欧洲的车厂。跟宝马我们也都是多年的老朋友了，定期保持技术上的交流，德国宝马那边也到当升这有四五次，看看宝马，基本上也是有一个续航里程的要求，成本降低的要求，希望能够在2025年前后他们的能量密度有一个大幅度的提升，但是用的可能是固态电池，这是他们的一个路径。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "那么这是欧洲另外一个主流车厂，也是和当升合作的。到2025年，他们希望到500公里以上，这个要到800瓦时以上的，当然续航能力达到700以上，他们仍然是使用固态锂电电池这一块，跟宝马有点类似。成本上希望到明年能降到每千瓦时小于100欧，目前其实已经到了这个成本，从今年上半年来看国内的成本大概在800-900千瓦时。刚才的材料体系也是用三元高镍化或者是其他的路线实现的，基本追求的目标是一样的。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "一个是来自于日本的合作伙伴，大家可以看到，它在右下角的正极材料体系仍然是热稳定性比较高的高热材料，所以它也是追求这么一个目标。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "这是咱们中国代表的一家电池厂，基本上也是目前它可以做到了如果是单体超过280，到明年可以做到300-350千瓦，需要在负极上做一点文章了。2025年以后，也是用到了固态锂电，希望达到350以上。所以总的来说，电池的一个路线，基本上沿着现在的还是在液态锂电下进行改变，走向固态，当然还是在锂电池下。按照这个材料的路线，基本上也是这样，比如说以三元材料为例，单晶化、高镍化，在未来我想过三五年，会取得突破，成本会进一步降低。 /pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "从成本的角度讲，应该是逐年下降，但是这里目前可以这么说，单算它的原料和制造成本一定是实现我们所说的1块钱一下，但是追求到五毛六毛，前提是原材料成本恢复到正常，也就是说做到镍在12000每斤，但是如果原材料反复操作，那个时候要达到成本降低，可能还不大，所以原材料是很关键的，技术上是没问题的。当然未来作为福利蒙及进展也是比较快的。 当然，固态锂电的开发我想过个三五年也会有突破，从实验室来看，如果是用622做的话，而且是采用全固态，包括负极也采用金属锂负极，这个可比容量做到180以上，和液态锂电池下的水平差不多，而且循环利用得到了改善。这是未来的趋势。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "实际上大家关心最多的还是安全性问题，刚才赵总还有其他几位专家都提到了，从材料角度讲，确确实实目前最大还是来自于安全的挑战，这是热失控的图表，怎么解决150度内不出现热失控，出现热失控以后什么材料都没有用，所以我们要做的，除了材料的安全，材料的设计和制备，还有电池的设计和制备，以及正确的使用和维护。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "首先从材料角度讲怎么提高安全性？在制备的时候，从全体系提高径向结构的强度，抑制一些分化、裂化的问题，比如说采用单晶化的，像国内的比亚迪，开始采用纯单晶的，还有采用混合适用的。还有一些掺杂改性，稳定材料晶体的结构，使它耐受高温高压，当然需要技术性的控制，我掺杂的元素让它到过渡金属位，不同位置是不一样的。当然也包括特殊的包覆的处理，稳定结构，减少过渡金属的溢出。还有对金属异物的控制。 /pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em "span style="text-indent: 2em "当然最终我们还是希望能够实现固态锂电的突破，从根本上解决液态锂电下解决不了的问题。以上是我的报告，谢谢大家！/span/p

p　　进一步提高电池的能量密度是动力电池发展的主题和趋势, 而关键材料是其基础. 本文从锂离子动力电池正、负极材料, 隔膜及电解液等几个方面, 对锂离子动力电池关键材料的发展趋势进行评述. 开发高电压、高容量的正极新材料成为动力锂离子电池比能量大幅度提升的主要途径 负极材料将继续朝低成本、高比能量、高安全性的方向发展, 硅基负极材料将全面替代其他负极材料成为行业共识. 此外, 本文还对锂离子动力电池正极、负极材料等的选择及匹配技术、动力电池安全性、电池制造工艺等的关键技术进行了简要分析, 并提出了锂离子动力电池研究中应予以关注的基础科学问题./ppstrong　　1 引言/strong/pp　　发展新能源汽车被广泛认为是有效应对能源与环境挑战的重要战略举措. 此外, 对我国而言, 发展新能源汽车是我国从“汽车大国”迈向“汽车强国”的必由之路 [1] . 近年来, 新能源汽车产销量呈现井喷式增长, 全球保有量已超过130万辆, 已进入到规模产业化的阶段. 我国也在2015年超过美国成为全球最大的新能源汽车产销国. 以动力电池作为部分或全部动力的电动汽车, 因具有高效节能和非现场排放的显著优势,是当前新能源汽车发展的主攻方向. 为了满足电动汽车跑得更远、跑得更快、更加安全便捷的需求, 进一步提高比能量和比功率、延长使用寿命和缩短充电时间、提升安全性和可靠性以及降低成本是动力电池技术发展的主题和趋势./pp　　近日,由中国汽车工程学会公布的《节能与新能源汽车技术路线图》为我国的动力电池技术绘制了发展蓝图. 该路线图提出,到2020年,纯电动汽车动力电池单体比能量达到350Wh/kg,2025年达到400Wh/kg,2030年则要达到500W h/kg 近中期在优化现有体系锂离子动力电池技术满足新能源汽车规模化发展需求的同时, 以开发新型锂离子动力电池为重点, 提升其安全性、一致性和寿命等关键技术, 同步开展新体系动力电池的前瞻性研发 中远期在持续优化提升新型锂离子动力电池的同时, 重点研发新体系动力电池, 显著提升能量密度、大幅降低成本、实现新体系动力电池实用化和规模化应用./pp　　由此可见, 在未来相当长的时间内, 锂离子电池仍将是动力电池的主流产品. 锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、环境友好、可以兼具良好的能量密度和功率密度等优点, 是目前综合性能最好的动力电池, 已被广泛应用于各类电动汽车中 [2~7] ./pp　　本文简要介绍了锂离子动力电池的产业技术发展概况, 并从锂离子动力电池正、负极材料, 隔膜及电解液等几个方面, 对锂离子动力电池关键材料的发展趋势进行评述. 本文还对锂离子动力电池正、负极材料的选择及匹配技术、动力电池安全性、电池制造工艺等关键技术进行了简要分析, 并提出了锂离子动力电池研究中应予以关注的基础科学问题./ppstrong　　2 锂离子动力电池产业技术发展概况/strong/pp　　从产业发展情况来看, 目前世界知名的电动汽车动力电池制造商包括日本松下、车辆能源供应公司(AESC)、韩国LG化学和三星SDI等都在积极推进高比能量动力锂离子电池的研发工作. 综合来看, 日本锂电池产业的技术路线是从锰酸锂(LMO)到镍钴锰酸锂三元(NCM)材料. 例如, 松下的动力电池技术路线早期采取锰酸锂, 目前则发展镍钴锰酸锂三元、镍钴铝酸锂(NCA)作为正极材料, 其动力电池主要搭载在特斯拉等车型上. 韩国企业以锰酸锂材料为基础, 如LG化学早期采用锰酸锂作为正极材料, 应用于雪佛兰Volt车型, 近年来三星SDI和LG化学已经全面转向镍钴锰酸锂三元材料(表1) [8] ./pp　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/2d0662ae-8c3d-4524-aa6c-4ba35fb5d971.jpg" title="1.jpg"//pp　　目前国内主流动力锂电池厂商, 如比亚迪等仍以磷酸铁锂为主, 磷酸铁锂电池在得到了大规模普及应用的同时, 其能量密度从2007年的90W h/kg提高到目前的140W h/kg. 然而, 由于磷酸铁锂电池能量密度提升空间有限, 随着对动力电池能量密度要求的大幅提升, 国内动力电池厂商技术路线向镍钴锰三元、镍钴铝或其混合材料的转换趋势明显(表2)./pp　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/fd4ccbd7-67aa-49c0-bf98-30020d1d0ed3.jpg" title="2.jpg"//ppstrong　　3 锂离子动力电池关键材料的发展趋势/strong/pp　　锂离子电池采用高电位可逆存储和释放锂离子的含锂化合物作正极, 低电位可逆嵌入和脱出锂离子的材料作负极, 可传导锂离子的电子绝缘层作为隔膜,锂盐溶于有机溶剂作为电解液, 如图1所示. 正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成锂离子电池的4种关键材料./pp　　3.1 正极材料/pp　　锰酸锂(LMO)的优势是原料成本低、合成工艺简单、热稳定性好、倍率性能和低温性能优越, 但由于存在Jahn-Teller效应及钝化层的形成、Mn的溶解和电解液在高电位下分解等问题, 其高温循环与储存性能差. 通过优化导电剂含量、纯化电解液、控制材料比表面 [11] 以及表面修饰 [12] 改善LMO材料的高温及储存性能是目前研究中较为常见且有效的改性方法./pp　　磷酸铁锂(LFP)正极材料有着良好的热稳定性和循环性能, 这得益于结构中的磷酸基聚阴离子对整个材料的框架具有稳定的作用. 同时磷酸铁锂原料成本低、对环境相对友好, 因而使得LFP成为目前电动汽车动力电池中的主流材料 [12~16] . 但由于锂离子在橄榄石结构中的迁移是通过一维通道进行的, LFP材料存在着导电性较差、锂离子扩散系数低等缺点./pp　　从材料制备角度来说, LFP的合成反应涉及复杂的多相反应,因此很难保证反应的一致性, 这是由其化学反应热力学上的根本性原因所决定的 [16] . 磷酸铁锂的改进主要集中在表面包覆、离子掺杂和材料纳米化三个方面.合成工艺的优化和生产过程自动化是提高LFP批次稳定性的基本解决方法. 不过, 由于磷酸铁锂材料电压平台较低(约3.4V), 使得磷酸铁锂电池的能量密度偏低,这一缺点限制了其在长续航小型乘用车领域的应用./pp　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/4796d208-e8dd-4b71-a5fc-296ecba8d6c1.jpg" title="3.jpg"//pp　　镍钴锰三元(NCM)或多元材料优势在于成本适中、比容量较高, 材料中镍钴锰比例可在一定范围内调整, 并具有不同性能. 目前国外量产应用的动力锂电正极材料也主要集中在镍钴锰酸锂三元或多元材料, 但仍然存在一些亟需解决的问题, 包括电子导电率低、大倍率稳定性差、高电压循环定性差、阳离子混排(尤其是富镍三元)、高低温性能差、安全性能差等 [17] . 另外, 由于三元正极材料安全性能较差, 采用合适的安全机制如陶瓷隔膜材料也已成为行业共识 [18] ./pp　　考虑到安全性等问题, 通过改进工艺(如减少电极壳的重量等)来提高电池能量密度的空间有限. 为了进一步提高动力锂离子电池的能量密度, 开发高电压、高容量的正极新材料成为动力锂离子电池比能量大幅度提升的主要途径(图2) [19,20]/pp　　3.1.1 高电压正极材料/pp　　开发可以输出更高电压的正极材料是提高材料能量密度的重要途径之一. 此外, 高电压的另一显著优势是在电池组装成组时, 只需要使用比较少的单体电池串联就能达到额定的输出电压, 可以简化电池组的控制单元. 目前主流的高电压正极材料是尖晶石过渡金属掺杂的LiM x Mn 2?x O 4 (M=Co、Cr、Ni、Fe、Cu/pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/3b01137b-1330-47a0-a313-51c9d4f2f033.jpg" title="4.jpg"//pp style="text-align: center "　　图 2 比较各种类型的高电压、高容量正极材料的体积能量密度、功率、循环性、成本和热稳定性的雷达图 [20] (网络版彩图)等)/pp　　最典型的材料是LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 , 虽然其比容量仅有146mAh/g, 但由于工作电压可达到4.7V, 能量密度可达到686W h/kg [20,21] . 本课题组 [22] 以板栗壳状的MnO 2为锰源, 通过浸渍方法合成了由纳米级的多面体聚集而成微米球状的尖晶石镍锰酸锂(LNMO)材料. 该结构对电解液的浸入和锂离子的嵌入和脱出十分有利,且可以适应材料在充放电过程中的体积变化, 减小材料颗粒之间的张力. 该研究还发现, 含有微量Mn 3+的LNMO电化学性能更优, 充放电循环80圈后放电比容量还能保持在107mAh/g, 容量保持率接近100%.LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 的比容量衰减制约了它的商业化进程,其原因多与活性材料以及集流体与电解液之间的相互作用相关, 由于电解液在高电位下的不稳定性, 如传统碳酸酯类电解液会在4.5V电压以上氧化分解, 使得锂离子电池在高电压充放电下发生气胀, 循环性能变差./pp　　因此, 高电压正极材料需要解决电解液匹配问题.解决上述问题的方法包括以下3个方面. (1) 材料表面包覆 [23~25] 和掺杂 [26~28] . 例如, Kim等 [28] 近期通过表面4价Ti取代得到LiNi 0.5 Mn 1.2 Ti 0.3 O 4 材料, 透射电子显微镜显示材料表面形成了坚固的钝化层, 因此减少了界面副反应, 30℃下全电池实验结果表明在4.85V截止电压, 200个循环后, 容量保持率提高了约75%. 然而, 单独的表面涂层/掺杂似乎不能提供长期的循环稳定性(如≥500个循环), 在应用中必须考虑与其他策略相结合. (2) 使用电解液添加剂或其他新型电解质组合 [29~31] ./pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/e33aa180-4c60-4e9a-af6d-315f29391fd1.jpg" title="5.jpg"//pp style="text-align: center "　　图 3 具有良好电化学稳定性的用于高电压LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 材料的LiFSA/DMC电解液体系. /ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "(a) LiFSA/DMC混合电解液中的组分结构示意图 (b) 两种不同配比情况下, 溶剂分子典型平衡轨迹的DFT-MD模拟 (c) 铝电极在LiFSA/DMC混合电解液中的高电压稳定性 (d) 全电池在40° C, C/5倍率下的循环性能 [31] (网络版彩图)/span/pp　　如图3所示, Yamada课题组 [31] 利用简单的LiFSA/DMC(1:1.1, 摩尔比)电解液体系实现了LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 /石墨全电池在40℃温度下循环100次后容量保持90%, 尽管高度浓缩的系统的离子电导率降低了一个数量级(30℃时为约1.1 mS/cm), 但依然保持了与使用商业碳酸酯电解液体系相当的倍率性能. (3) 使用具有离子选择透过性的隔膜 [32~35] . 已经证明使用电化学活性的Li 4+x Ti 5 O 12 膜 [32] 以及锂化Nafion膜与商业PP膜的复合隔膜 [33] 能够极大地改善LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 的循环寿命./pp　　此外, 一些由LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 衍生的新型尖晶石结构高电压材料如LiTiMnO 4 [36] 、LiCoMnO 4 [37,38] 等, 以及橄榄石结构磷酸盐/氟磷酸盐也被广泛研究, 如LiCoPO 4 [39] 、LiNiPO 4 [40] 、LiVPO 4 F [41] 等 [42] ./pp　　3.1.2 高容量正极材料/pp　　由于锂离子电池负极材料的比容量远高于正极材料, 因此正极材料对全电池的能量密度影响更大.通过简单的计算可知, 在现有的水平上, 如果将正极材料的比容量翻倍, 就能够使全电池的能量密度提高57%. 而负极材料的比容量即使增加到现有的10倍, 全电池的能量密度也只能提高47% [43] ./pp　　镍钴锰三元材料中, Ni为主要活性元素, 一般来说,活性金属成分含量越高, 材料容量就越大.低镍多元材料如NCM111、NCM523等能量密度较低, 该类材料体系所能达到的动力电池能量密度为120~180Wh/kg, 无法满足更高的能量密度要求. 高容量正极材料的一个发展方向就是发展高镍三元或多元体系./pp　　高镍多元体系中, 镍含量在80%以上的多元材料(NCA或NCM811)能量密度优势明显, 用这些材料制作的电池匹配适宜的高容量负极和电解液后能量密度可达到300Wh/kg以上 [44] . 但是高镍多元材料较差的循环稳定性、热稳定性和储存性能极大地限制了其应用. 一般认为当镍的含量过高时, 会引起Ni 2+ 占据Li + 位置, 造成阳离子混排, 阻碍了Li + 的嵌入与脱出, 从而导致容量降低 [20,45,46] .另外, 材料表面与空气和电解液易发生副反应、高温条件下材料的结构稳定性差和表面催化活性较大也被认为是导致容量衰减的重要原因 [20,45,47] ./pp　　解决上述问题的方法有如下3种./pp　　(1) 对材料进行有效的表面包覆或体相掺杂 [48~50] . 例如, 最近Chae等 [50] 利用湿化学法在NCM811表面包覆了一层N,N-二甲基吡咯磺酸盐,有效地阻隔了材料与电解液界面, 抑制了电解液在高镍三元材料表面的催化分解, 1C倍率下前50圈的平均库仑效率达99.8%, 容量保持率高达97.1%./pp　　(2) 开发具有浓度梯度的高镍三元体系 [51~55] . Sun课题组 [53~55] 采用共沉淀方法制备了具有双斜率浓度梯度三元材料,如图4所示, 这种材料的内部具有更高含量的镍, 有利于高容量的获得和保持, 外层有更高含量的锰, 有利于循环稳定性和热稳定性的提升. 通过Al掺杂, 具有浓度梯度的LiNi 0.61 Co 0.12 Mn 0.27 O 2 在经过3000次循环后,其容量保持率从65%大幅度提高到84%./pp　　(3) 开发与高容量正极材料相适应的电解液添加剂或新型电解液体系 [56~58] ./pp　　目前高镍多元材料量产技术主要掌握在日韩少数企业手中, 如日本的住友、户田, 韩国的三星SDI、LG、GS等. 根据不同的应用领域, 材料的镍含量在78~90 mol%, 克容量集中在190~210mA h/g. 各公司正尝试将其应用于电动汽车领域, 其中尤以特斯拉采用的镍钴铝(NCA)受到广泛瞩目. 需要指出的是, NCA和NCM811两种材料在容量、生产工艺等方面具有很多相似性, 松下18650电池正极采用NCA正极, 电池能量密度约为250Wh/kg, 但NCA材料因存在铝元素分布不均、粒度难以长大等问题, 主要应用于圆柱电池领域, 圆柱型电池在在电池管理系统方面需要的技术与成本较高./pp　　除 此 之 外 , 基 于 Li 2 MnO 3 的 高 比 容 量 (200~300mAh/g) 富 锂 正 极 材 料 zLi 2 MnO 3 · (1?z)LiMO 2(0/pp　　3.2 负极材料/pp　　锂离子电池负极材料分为碳材料和非碳材料两大类. 其中碳材料又分为石墨和无定形碳, 如天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软炭(如焦炭)和一些硬炭等 其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等 [61] ./pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/6e6b8975-e32c-4aee-9021-c6d0edef3ad9.jpg" title="6.jpg"//pp style="text-align: center "　　图 4 Al掺杂的具有双斜率浓度梯度三元材料LiNi 0.61 Co 0.12 Mn 0.27 O 2 [54,55] ./pp span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "(a) TEM EDS元素分析成像 (b) TEM 线性元素扫描分析 (c) Al掺杂和无掺杂的三元材料循环性能对比 (网络版彩图)/span/pp　　负极材料将继续朝低成本、高比能量、高安全性的方向发展, 石墨类材料(包括人造石墨、天然石墨及中间相碳微球)仍然是当前锂离子动力电池的主流选择 近到中期, 硅基等新型大容量负极材料将逐步成熟, 以钛酸锂为代表的高功率密度、高安全性负极材料在混合动力电动车等领域的应用也将更加广泛. 中远期, 硅基负极材料将全面替代其他负极材料已成为行业共识./pp　　硅基负极材料被认为是可大幅度提升锂电池能量密度的最佳选择之一, 其理论比容量可以达到4000mAh/g以上 [62,63] , 与高容量正极材料匹配后, 单体电池理论比能量可以达到843Wh/kg, 但硅负极材料在充放电过程中存在巨大的体积膨胀收缩效应, 会导致电极粉化降低首次库仑效率并引起容量衰减 [64~67] ./pp　　研究者尝试了多种方法解决该问题./pp　　(1) 制备纳米结构的材料, 纳米材料在体积变化上相对较小, 且具有更小的离子扩散路径和较高的嵌/脱锂性能, 包括纳米硅颗粒 [68~70] 、纳米线/管 [71~74] 、纳米薄膜/片 [75~77] 等./pp　　(2) 在硅材料中引入其他金属或非金属形成复合材料, 引入的组分可以缓冲硅的体积变化, 常见的复合材料包括硅碳复合材料 [78~82] 、硅-金属复合材料等 [83~85] . Cui课题组 [81] 通过先后在硅纳米颗粒表面包覆二氧化硅和碳层, 再将二氧化硅层刻蚀之后得到蛋黄蛋壳结构的硅碳复合材料, 如图5所示, 并利用原位透射电镜研究了碳壳与硅核之间的空隙对材料稳定性及电化学性能的影响. 由于蛋黄蛋壳的结构在硅和碳层之间预留了充足的空间, 使硅在嵌锂膨胀的时候不破坏外层的碳层, 从而稳定材料的结构并得到稳定的SEI膜. 在此基础上, 通过对碳包覆之后的纳米颗粒进行二次造粒,在大颗粒的表面再包覆碳膜, 最后刻蚀制备出类石榴的结构 [82] , 复合材料尺寸的增大减小了材料的比表面积, 提高了材料的稳定性, 材料的1000周循环容量保持率由74%提高到97%, 如图5所示./pp　　(3) 选用具有不同柔性、界面性质的黏结剂, 提高黏结作用 [86~88] 最近,Choi等 [88] 通过形成酯键使传统黏结剂聚丙烯酸PAA与多聚轮烷环组分PR交联结合得到具有特殊结构的双组分PR-PAA黏结剂, 如图6所示, 很大程度上提高了硅负极在充放电过程中的稳定性./pp　　(4) 采用体积变化相对缓和的非晶态硅材料, 如多孔硅材料等 [89,90] ./pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/c68c0215-a21a-4fa0-9f73-1a0fca0d02f5.jpg" title="7.jpg"//pp style="text-align: center "　　图 5 具有蛋黄蛋壳的结构的硅碳复合锂离子电池负极材料 [81,82] ./ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " (a) 蛋黄蛋壳的结构合成示意图及TEM图 (b) 类石榴的结构合成示意图 (c) 硅纳米粒子、 蛋黄蛋壳结构硅碳复合材料、类石榴结构硅碳复合材料的循环性能对比 (网络版彩图)/span/pp　　应用方面, 日立Maxell宣布已成功将硅基负极材料应用于高能量密度的小型电池 日本GS汤浅公司则已推出硅基负极材料锂电池, 并成功应用在三菱汽车上 特斯拉则宣称通过在人造石墨中加入10%的硅基材料, 已在其最新车型Model 3上采用硅碳复合材料作为动力电池负极材料./pp　　3.3 电解液/pp　　高安全性、高环境适应性是锂离子动力电池对电解液的基本要求. 随着电极材料的不断改善和更新, 对与之匹配的电解液的要求也越来越高. 由于开发新型电解液体系难度极大, 碳酸酯类有机溶剂配伍六氟磷酸锂盐的常规电解液体系在未来相当长一段时间内依然是动力电池的主流选择./pp　　在此情形下, 针对不同用途的动力电池和不同特性的电极材料, 优化溶剂配比、开发功能电解液添加剂就显得尤为重要.例如, 通过调整溶剂配比含量和添加特殊锂盐可以改善动力电池的高低温性能 加入防过充添加剂、阻燃添加剂可以使电池在过充电、短路、高温、针刺和热冲击等滥用条件下的安全性能得以大大提高 通过提纯溶剂、加入正极成膜添加剂可以在一定程度上满足高电压材料的充放电需求 通过加入SEI膜成膜添加剂调控SEI膜的组成与结构, 可以实现延长电池寿命 [91] . 近年来, 随着Kim等 [92] 第一次成功地将丁二腈(SN)作为电解液添加剂来提高石墨/LiCoO 2 电池的热稳定性, 以丁二腈(SN)和己二腈(ADN) [93] 等为代表的二腈类添加剂因其与正极表面金属原子极强的络合力并能很好地抑制电解液氧化分解和过渡金属溶出的优点, 已经成为学术界和工业界普遍认可的一类高电压添加剂. 而以1,3-丙烷磺酸内酯(PS [94] 和1,3-丙烯磺酸内酯(PES) [95] 等为代表的另一类高电压添加剂,即正极成膜添加剂, 则是通过在正极表面优先发生氧化反应并在正极表面形成一层致密的钝化膜, 从而达到阻止电解液和正极活性物质接触、抑制电解液在高电压下氧化分解的效果./pp　　目前, 高低温功能电解液的开发相对成熟, 动力电池的环境适应性问题基本解决, 进一步提高电池的能量密度和安全性是电解液研发的首要问题. 中远期, 锂离子动力电池电解液材料的发展趋势将主要集中在新型溶剂与新型锂盐、离子液体、添加剂等方面, 凝胶电解质与固态电解质也是未来发展的方向. 而以固态电解质为关键特征之一的全固态电池在安全性、寿命、能量密度及系统集成技术等都具有潜在的优异特性, 也是未来动力电池和储能电池领域发展的重要方向 [96] ./pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/58812389-5862-4e1d-a7b7-b4dc7b4fc4d9.jpg" title="8.jpg"//pp style="text-align: center "　　图 6 SiMP负极PR-PAA黏结剂的应力释放机理 [88] . /ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "(a) 减小提起物体用力的滑轮机理 (b) PR-PAA黏结剂用于缓解因硅颗粒充放电过程中体积变化而产生应力的示意图 (c) 充放电过程中PAA-SiMP电极破碎和生成SEI膜的示意图 (网络版彩图)/span/pp　　3.4 隔膜/pp　　目前, 商品化锂离子动力电池中使用的隔膜材料主要是微孔的聚烯烃类薄膜, 如聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene, PP)的单层或多层复合膜.聚烯烃类隔膜材料由于其制造工艺成熟、化学稳定性高、可加工性强等优点在一段时间内仍然是商品化隔膜材料的主流, 尤其是PE的热闭孔温度对抑制电池中某些副反应的发生及阻止热失控具有重要意义.发展基于聚烯烃(尤其是聚乙烯)隔膜的高性能改性隔膜材料(如无机陶瓷改性隔膜、聚合物改性隔膜等),进一步提高隔膜的安全特性和电化学特性仍将是隔膜材料研发的重点 [18] ./pp　　最近, 本课题组 [97] 通过使用耐高温的聚酰亚胺做黏结剂将纳米Al 2 O 3 涂覆在商业PE隔膜单层表面将隔膜的热稳定性提高到了160℃. 本课题组 [98] 还在前期开发的SiO 2 陶瓷隔膜的基础上, 在其表面和孔径间原位聚合包覆上一层耐高温的聚多巴胺保护层, 如图7所示, 使隔膜在230℃高温下处理30min, 不但不收缩并且保持良好的机械性能, 可以有效保障电池安全. l’Abee课题组 [99] 以耐热性的聚醚酰亚胺树脂为基材, 将其用NMP加热溶解后重新浇铸成膜, 得到的聚醚酰亚胺隔膜, 其热稳定性可达到220℃.随着锂离子电池在电动汽车等领域的应用, 建立隔膜构造、隔膜孔径尺度与分布的有效调控方法, 以及引入电化学活性基团等使聚烯烃隔膜多功能化, 将是隔膜发展的重要方向. 针对耐热聚合物隔膜等的研发及产业化工作也将得到大力推进./pp　　综上所述，锂离子动力电池关键材料的发展趋势将如图8所示, 正极材料向高电压、高容量的趋势发展 负极则以发展硅碳复合材料为主, 通过发展新型黏结剂和SEI膜调控技术使得硅碳复合负极材料真正走向实际应用 电解液近期内将以发展高电压电解液和高环境适应性电解液材料为主, 中远期则将以固态电解质材料为发展目标 多种材料复合且结构可控的隔膜材料将是锂离子动力电池隔膜的重点发展方向./ppstrong　　4 锂离子动力电池的关键技术和基础科学问题/strong/pp　　4.1 锂离子动力电池的关键技术/pp　　锂离子动力电池是一个复杂的系统, 单一部件、材料或组分的优化未必对电池整体性能的改善有突出效果 [100] . 发展面向电动汽车的高比能量、低成本、长寿命、安全性高的动力电池, 需对锂离子动力电池体系的关键技术予以重点关注, 解决在最终应用过程中影响性能的制约因素./pp　　4.1.1 正极、负极材料等的选择及匹配技术/pp　　锂离子动力电池的寿命、安全性和成本等基本性能很大程度上取决于其电极材料体系的选择和匹配. 因此如何选择高比能量、长寿命、高安全、低成本的材料体系是当前锂离子动力电池的重要技术./pp　　4.1.2 动力电池安全性/pp　　安全性是决定动力电池能否装车应用的先决条件/pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/a49c15af-1975-4d11-bfe5-e1f5440c1331.jpg" title="9.jpg"//pp style="text-align: center "　　.图 7 包覆上耐高温聚多巴胺保护层的SiO 2 陶瓷隔膜 [98] . /ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "(a) 隔膜结构及合成示意图 (b) 隔膜形貌表征 (c) 隔膜热收缩性能对比(网络版彩图)/span/pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/35ce98d1-12c4-439a-b44f-0aa5561115de.jpg" title="10.jpg"//pp style="text-align: center "　　图 8 锂离子动力电池关键材料技术现状及发展趋势总结(网络版彩图)/pp　　随着锂离子电池能量密度的逐步提升, 电池安全性问题无疑将更加突出. 导致锂离子电池安全性事故发生的根本原因是热失控, 放热副反应释放大量的热及有机小分子气体, 引起电池内部温度和压力的急剧上升 而温度的急剧上升反过来又会呈指数性加速副反应,产生更大量的热, 使电池进入无法控制的热失控状态,导致电池终发生爆炸或燃烧 [101,102] . 高比能的NCM和NCA三元正极、锰基固熔体正极均较LFP材料的热稳定性差, 使人们在发展高能量密度动力电池的同时不得不更加关注安全问题 [103] . 解决电池安全性问题至少需要从两方面着手: (1) 防止短路和过充, 以降低电池热失控的引发几率 (2) 发展高灵敏性的热控制技术,阻止电池热失控的发生 [104] ./pp　　4.1.3 电池制造工艺/pp　　随着动力电池应用的不断加深, 单体电池向着大型化、易于成组的方向发展. 在这一过程中, 单体电池的制造技术尤为重要. 提高产品一致性, 从而使电池成组后的安全性、寿命更高, 使其制造成本更低将是未来锂离子电池制造工艺的发展方向. (1) 开发生产设备高效自动化技术, 研发高速连续合浆、涂布、辊切制片、卷绕/叠片等技术, 可以降低生产成本 (2)开展自动测量及闭环控制技术研发, 提高电池生产过程测量技术水平, 实现全过程实时动态质量检测, 实现工序内以及全线质量闭环控制, 保证产品一致性、可靠性 (3) 建立自动化物流技术开发, 实现工序间物料自动转运, 减少人工干预 (4) 开展智能化生产控制技术研发, 综合运用信息控制、通讯、多媒体等技术,开发有效的生产过程自动化控制及制造执行系统, 最大程度地提高生产效率, 降低人工成本./pp　　4.2 锂离子动力电池的基础科学问题/pp　　4.2.1 研究电极反应过程、反应动力学、界面调控等基础科学问题/pp　　目前, 元素掺杂、包覆等方法被广泛应用于材料改性, 但究其原因往往“知其然不知其所以然”, 如LFP可以通过异价锂位掺杂显著提高电子导电性, 但其究竟是晶格掺杂还是通过表面渗透还存在争议. 另外,一般认为LFP较低的电子导电性和离子扩散特性是导致倍率特性不佳的主要原因, 但研究表明, 锂离子在电极/电解液界面的传输也是影响LFP倍率特性的重要因素. 通过改善界面的离子传输特性, 可以获得更好的倍率特性. 因此深入研究电极上的表面电化学反应的机理, 尤其是关于SEI膜的形成、性质以及电极与电解液的相互作用等, 可以明确材料的结构演化机制和性能改善策略, 为材料及电池性能的改善提供理论指导 [6] ./pp　　4.2.2 发展电极表界面的原位表征方法/pp　　锂离子电池电极材料的性能主要取决于其组成及结构. 通过原位表征技术系统研究材料的组成-结构-性能间构效关系对深入了解电极材料的反应机理,优化材料组成与结构以提高其性能及指导高性能新材料开发与应用均有十分重要意义 [105,106] . 例如, 原位Raman光谱可以通过晶格(如金属-氧配位结构)振动实时检测材料的结构变化, 为找寻材料结构劣化原因提供帮助 [107~109] . 同步辐射技术不仅可通过研究电极材料中原子周围化学环境, 获取电极材料中组成元素的氧化态、局域结构、近邻配位原子等信息, 还可原位获得电池充放电过程电极材料的结构演化、过渡金属离子氧化态以及局域结构变化等信息, 精确揭示电池反应机理 [110,111] 固体核磁共振谱(NMR)则可提供固态材料的局域结构信息, 得到离子扩散相关的动力学信息 [112,113] ./ppstrong　　5 结论/strong/pp　　锂离子动力电池是目前最具实用价值的动力电池, 近几年在产业化方面发展迅速, 有力地支撑了电动汽车产业的发展. 然而, 锂离子动力电池仍然存在许多有待解决的应用问题, 特别是续航能力、安全性、环境适应性和成本, 需要在动力电池基础材料、电池制造和系统技术全产业链上同时进行研究. 可以预期相关技术将在近年内取得长足进步并实现规模应用.随着电动汽车的快速发展, 锂离子动力电池将迎来爆发增长的黄金期./pp style="text-align: right "　　strongspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　　作者：刘波(厦门大学) 张鹏 赵金保/span/strong/pp　　/ppbr//p

近日，国家标准化管理委员会批准钢研纳克检测技术股份有限公司设立钢铁新材料领域标准验证点。标准在助推我国高质量发展转型过程中的基础性、战略性和引领性作用日益凸显，标准化在我国现代产业体系发展中的支撑和引领作用不言而喻，其中标准的质量至关重要。开展标准验证工作，对标准关键内容的科学性、合理性、先进性、正确性、适用性等进行评价，不仅可以提高标准的质量，为深化标准化工作改革提供技术支持，更有利于提升标准化对产业发展的科技支撑水平。标准验证点的设立正是集合特色领域的资源服务国家重大战略、重大工程、国民经济重要行业、新兴产业和重点项目的标准化发展。NCS CHINA随着材料发展进入数据驱动的高速阶段，钢铁新材料的新产品和新方法的大量涌现，带来标准质量的潜在风险，钢铁新材料领域的标准化需求日益旺盛。建立钢铁新材料领域标准验证点旨在钢铁新材料领域实现资源整合提升标准化科技支撑力量，未来将通过建立标准验证技术体系、建立协同高效工作机制、实施标准验证提升标准质量、融通验证资源创新市场服务、推动验证技术国际交流合作等工作规划推进待验证标准涉及到的产品研发、生产工艺、技术指标、服役应用的适用性和质量提升，实现其全产业链、全流程、全生命周期、全域的标准化技术路径，用标准化、可靠数据支撑新的标准验证体系，实现钢铁新材料领域标准的高质量发展，助力中国钢铁新材料领域与标准验证相关的科研创新成果的有效转化。

导语 锂电池是一种高新技术产品，同时也是一种新型高容量长寿命环保电池，主要用于电动车，数码产品，UPS电源等。随着新能源汽车和手机等3C数码产品产业的爆发式增长，锂电池作为其关键组成部分也发展迅速。锂电池由四大材料组成，分别为正极材料（核心），负极材料，电解液，隔膜。这些材料都有相应的水分控制要求，一般在数百ppm范围以内，不同厂家不同规格产品要求略有不同，如果超出过多，可能会导致电极涂覆不均或者引发电解液分解，导致HF生成继而引发电极鼓包等不良反应。 因为电极材料非常容易吸水，不能长时间暴露于空气中，所以不宜采用常规的加热失重法测试，通过卡式加热进样的方式再结合卡尔费休库仑法水分测试是目前较好的解决办法。 解决方案卡尔费休库仑法测试石墨粉中的水分卡尔费休库仑法测试磷酸铁锂中的水分卡尔费休库仑法测试正极极片中的水分卡尔费休库仑法测试隔膜中的水分卡尔费休库仑法测试负极极片中的水分卡尔费休库仑法测试电解液中的水分卡尔费休库仑法测试锰粉中的水分卡尔费休库仑法测试钴酸锂中的水分相关仪器推荐 AKF-CH6锂电池卡尔费休水分测定仪是集水分测量模块和加热进样模块于一体的卡尔费休水分测定设备，仪器完全按照锂电行业用户的需求打造，外观设计新颖，使用维护方便，能够涵盖锂电行业从正负极材料、极片、隔膜到电解液；水分范围从1ppm到100%的使用需求。