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锂应用的进展development of lithium applications

发布时间:2020-03-19 09:39:00  来源:锂电池厂家




 

锂矿物在玻璃、陶瓷和冶金等工业的应用量不断增加,特别是在化妆品、食物和饮料等方面的高质量容器的应用增长很快。另一方面,锂矿物作为冶金工业熔剂的新的重要应用,越来越受到人们的重视,不断普及。锂盐作为铝电解的添加剂是锂应用的第一大户,对节能、增产和环保都有重大的意义,今后这方面的用量将不断增加。国外正在开展汽车用锂电池的研究,锂在高科技方面的应用如锂铝合金、熔融盐燃料电池等,这些应用技术的突破,将为锂应用的发展开辟广阔的途径。
 
锂矿物有4个主要的应用领域:(1)高质量玻璃容器生产的熔剂。这种高质量的容器用于化妆品、食品和饮料的包装。氧化锂是一种高效能熔剂,能改善玻璃生产时的特性,使玻璃具有更高的强度、更好的耐用性和外观。(2)单色显象管玻璃的添加剂。氧化锂用来减少“棕色效应”,提高成形操作性能和改善玻璃表面光洁度。锂辉石矿已逐步取代了以前所用的碳酸锂。要求使用高级别的锂辉石精矿或透锂长石精矿,含铁量要低,如使用的澳大利亚格林布什锡公司的锂辉石精矿,锂含量保证7%。(3)生产陶瓷釉料和陶瓷坯体时的熔剂成分。锂陶瓷砂锅、炒勺、餐具很受消费者的欢迎。(4)冶金工业用熔剂。使用锂矿物来降低冶金炉渣的粘度,从而减少金属的损失。这一应用开始于欧洲连续铸造生产中,后来扩展到亚洲。
 
据国外报道,铝电解用Al2O3中添加Li2CO3,使电解质含LiF2%~4%,可以降低熔点,降低操作温度,提高电流效率1%~3%,降低电耗8%~14%,提高槽产能1%~5%,降低氟排放22%~38%,对节能、增产和环保都具有重大意义。美国铝工业用锂盐占锂盐总耗量的40%左右,所以国外铝工业的起落直接影响到锂盐生产的兴衰。近年来,吸收式制冷技术在工业上得到广泛应用和发展,由于地球环境问题,冷冻机逐渐转向不采用氟里昂气体作制冷剂,而用LiBr作制冷剂,从而使LiBr的消费量迅速增加。据有关资料介绍,中国在化工生产中,需提供7℃的冷却水,LiBr制冷的成本是氟里昂的1/10,经济效益可观。中国轻工市场对冷藏箱、空调的需求量逐年增加,因此溴化锂的应用在国内外都有发展前途。
 
金属锂主要用于锂离子电池。纯度大于或等于99.9%的金属锂经加工成光亮的、无污损的0.038~2.54mm厚度、15~150mm宽度的电池用锂箔带材。锂电池具有下列的优异性能:(1)工作电压3.6V,比Zn-Mn电池高2.4V;(2)比能量可达250~600Wh/kg,是Zn-Mn电池的3~3.5倍;(3)低温放电性能好,在-40~-55℃不减容量,一般电池在-6℃容量下降90%;(4)贮存寿命长达10年,普通电池1~2年完全失效;(5)二次锂电池充电时间短,为15min至4h,而铅电池充电需要8h;(6)由于锂比重小,锂电位单位耗锂量小,为0.25g/Ah。扣式或矩形的一次锂电池已经大量生产,广泛用于电子计算器、电子手表、照相机、助听器,心脏起搏器、收录机、天线电通讯等方面。中等功率和大功率的一次锂电池用于导弹引信、宇航卫星、海空探测器的电源,鱼雷动力电源,可替代Ag-Zn、Ni-Cd电池,节约大量的贵金属银。二次锂电池正在大力开发中,加拿大锂电池公司先后研制出AA型、C型和BC型二次锂电池,主要产品是Li/MoS2,Li/MnO2。工作电压为1.3~2.4V,容量为0.6Ah,比能量为50Wh/kg,可充电400~500次。产量为3300万只/a,1987年夏季开始出售产品。日本索尼公司于1990年2月研制出不使用金属锂而使用含锂离子碳作电池负极材料,使用锂钴化合物作正极材料,采用有机溶剂作电解质的锂离子电池,这种电池正在开发中。
 
电动汽车用电池的研制引起美、日等国的高度重视,这种电池用于货车,电池重量为280kg,占车重的15%。货车可行驶160km,但使用温度高。在锂电池的开发中,主要是开发夜间贮电供白天使用的家用锂电池,1日能贮存20kWh电力,能使用10年的小型冷藏箱用的锂电池。对汽车用锂电池主要是开发小型客车用锂电池,充电一次能以40km/h的速度运行689km。开发电动汽车用的锂电池是今后的发展方向。日本推进钴系、碳系等4种类型。在正极中使用钴虽然价高,但可获得高电压。在负极中使用渗入锂离子的碳,比使用金属锂的负极安全,而且成本也低。
 
锂的高技术应用具有很大的潜力,从以下几方面可看出。
 
1.铝锂合金。Al-Li系是世界瞩目的新型轻质合金。研究表明,每添加1wt%Li,能降低合金密度3%,提高弹性模量6%,这是添加其它元素(包括Be、Mg)所不及的。现在世界铝锂合金每年的需求量为450~900t,其最大的市场是制作导弹。世界主要研制和生产铝锂合金的是美国铝公司,加拿大铝公司和法国彼希涅公司。Al-Li合金也向复合化方向发展。如英国石油公司的研究中心已研制出由16.6%SiC颗粒增强8090AI-Li合金复合材料。产品可为片状、板或挤压材。比重为2.66g/cm3,断裂应变2.1%,抗拉弹性模量105GPa,抗拉强度552MPa。Al-Li合金在继续开发中,它能否在航天航空工业上大量应用,决定因素是价格;另一方面性能进一步提高,更轻量化,必须在缺口敏感、断裂韧性和耐损伤特性方面予以提高,发展快速冷凝技术,向复合材料方向发展。
 
2.熔融盐燃料电池。燃料电池是一种将物质化学变化释出的能量变为电能的化学电池。燃料电池有3代,第1代为磷酸电解质型,第2代为熔化碳酸盐型,第3代为固体电解质型,第1代已走上实用化。第2代熔融碳酸盐燃料电池可望使用多种具有附加价值的锂材料,主要是铝酸锂和碳酸锂,预计90年代后期能进入实用化,铝酸锂陶瓷多孔板用来保持电解质,电解质为碳酸锂和碳酸钾混合物,其分子比为62∶38。由于各种燃料电池均具有能量转换效率高和环境清洁等优点,在世界范围内,各国政府都增加这一技术的开发资助。
 
3.锂系单晶和氢化锂用量增长。锂系单晶在声表面波、激光、非线性光学等方面有着重要应用。锂系单晶种类繁多,主要有铌酸锂、钽酸锂、偏硼酸锂、四硼酸锂、碘酸锂、氟化锂、氟钙化锂、氟锶化锂等。日本用于拉单晶的碳酸锂年年增长。随着汽车电话、便携式电话机市场的扩大,用于拉制表面弹性波元件、静磁波元件用的钽酸锂、铌酸锂的高纯碳酸锂用量,将不断增加。
 
总之,随着高新技术的发展,特别是可控聚核反应堆发电的进展,将会使锂的需求量急剧上升。

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文章标签:锂应用
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