能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功
能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功，美国加州大学圣地亚哥分校工程师开发了一种锂离子电池，该电池在极寒和酷热的温度下表现良好，能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功。
近期，加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的工程师们开发出了一种新型锂离子电池，据称这种电池在极冷和高温下都能表现良好，同时仍能储存大量能量。
根据研究人员的说法，这一“壮举”是通过开发一种新型电解质实现的。这种电解质不仅可以在较宽的温度范围内坚挺耐用，而且可以与高能阳极和阴极兼容。上述研究成果已于近期发表在了《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
UCSD雅各布斯工程学院纳米工程学教授、该研究的资深作者Zheng Chen表示，基于这项技术开发的车用电池，即使在寒冷气候下也能让电动汽车行驶更远。此外，它们还可以减少对冷却系统的需求，以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。
Chen 解释说：“高温对于汽车电池来说是一个重大挑战。在电动汽车中，电池组通常位于底盘，更靠近炎热的道路。此外，电池在运行过程中会因电流通过而升温。如果电池不能承受这种高温，它们的性能将迅速下降”。
在测试中，该电池在-40°C和50°C下分别保留了和的能量容量。在这些温度下，它们还分别具有和的高库伦效率，这意味着电池在停止工作之前可以进行更多的充放电循环。
上述优异的性能都要归功于Chen和同事们开发的独特电解质。它由二丁醚与锂盐混合而成的液体溶液制成。二丁醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱。换句话说，当电池运行时，电解质分子很容易释放锂离子。
研究人员在之前的一项研究中发现，这种微弱的分子相互作用可以提高电池在零下温度下的性能。另外，二丁醚很容易吸收热量，因为它在高温下保持液态(沸点为141°C)。
附加优势
此外，这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容，锂硫电池是一种可充电电池，其阳极由锂金属制成，阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分，因为它拥有更高的能量密度和更低的成本。
据了解，锂硫电池每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍，这可以使电动汽车的续航里程增加一倍，而不会增加电池组的重量。此外，与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比，硫的储量更为丰富。
但锂硫电池也存在问题。阴极和阳极都是超活性的。硫阴极非常活泼，在电池运行过程中会溶解；在高温下，这个问题会变得更严重。锂金属阳极容易长出枝晶，会导致电池短路，甚至有起火风险。因此，锂硫电池最多只能循环使用几十次。
“如果你想要一个高能量密度的电池，你通常需要使用非常苛刻、复杂的化学物质，”Chen说，“高能量意味着更多的反应发生，这意味着更少的稳定性，更多的降解。制造一种稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务，试图在更大的温度范围内做到这一点更具挑战性。”
UCSD研究团队开发的二丁醚电解质可以防止这些问题。即使在极端温度下，他们测试的电池也比典型的锂硫电池有更长的循环寿命。Chen说，“我们的电解液有助于改善阴极侧和阳极侧，同时提供高导电性和稳定性”。
美国加州大学圣地亚哥分校工程师开发了一种锂离子电池，该电池在极寒和酷热的温度下表现良好，同时还能储存大量电能。本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文描述了这种耐温度变化的电池。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授、该研究的资深作者陈政说，这种电池可让寒冷气候下的电动汽车一次充电就能行驶更远；还可减少对冷却系统的.需求，以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。
研究人员在冰点以下温度测试电池。图片来源：David Baillot/加州大学圣地亚哥分校
在测试中，概念验证电池在-40℃和50℃下分别保留了和的电能容量。在这些温度下，它们还分别具有和的高库仑效率，这意味着电池在停止工作之前可进行更多的充电和放电循环。
研究人员此次开发了一种更好的电解质，这种电解质既耐寒又耐热，而且与高能阳极和阴极兼容。电解质由二丁醚与锂盐混合而成的溶液制成。二丁基醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱，当电池运行时，电解质分子很容易释放锂离子。
这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分，因为它们有望实现更高的能量密度和更低的成本。但锂硫电池的阴极和阳极都具有超强反应性。在高温下，锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构，可刺穿电池的某些部分，导致电池短路。结果，锂硫电池只能持续数十次循环。
二丁基醚电解质可防止这些问题，即使在高温和低温下也是如此。他们测试的电池比典型的锂硫电池具有更长的循环寿命。研究团队还通过将硫阴极接枝到聚合物上来设计更稳定的硫阴极。这可以防止更多的硫溶解到电解液中。
团队表示，下一步研究工作将包括扩大电池化学成分、优化电池以使其在更高的温度下工作以及进一步延长循环寿命。
一种新型锂离子电池既可以在零下 40°C 的低温下工作，也可以在 50°C 的高温下工作。这种新型电池阴极使用硫制作，电池可以储存更多的能量。这是来自加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的一项新研究。
这种电池可以增加电动汽车在寒冷温度下的行驶里程。此外，它们还可以用于卫星、航天器、高空无人机和潜艇。UCSD 纳米工程教授陈政（Zheng Chen）表示：通过大幅扩展锂电池的可操作窗口，我们可以为电动汽车之外的应用提供更强大的电化学物质。
目前来看，电池用石墨阳极和锂金属氧化物阴极，这种组合不能很好地处理极端温度。高温会加剧电池内部本已高度活跃的化学环境，引发分解电解质和其他电池材料的副反应，导致不可逆转的损害。与此同时，低温会使液体电解质变稠，所以锂离子在其中缓慢移动，导致电能损耗和充电缓慢。
对电池进行绝缘或从内部加热的方法有助于解决低温问题。研究人员之前还对电解质进行设计以扩大电池温度范围，但这可以提高低温或高温下的性能，而不是同时提高性能。
陈政教授团队的研究《Solvent selection criteria for temperature-resilient lithium–sulfur batteries》刊登在了 7 月 5 日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，他们表示新型耐极端温度电池的核心是找到一种新电解质。
他们通过将锂盐溶解在二丁醚溶剂中来制造电解质。与现有的用于电池的碳酸乙烯溶剂不同，新材料在零下 100°C 的温度下不会结冰，也不容易蒸发。此外，其溶剂分子与锂离子结合较弱，所以锂离子在其中移动更自由，即使在冰点温度下。
UCSD 团队通过将硫附着在塑料基材上来解决硫阴极降解问题。同时，新的电解质允许锂离子的均匀传输，因此它们没有机会粘在一起并形成枝晶。
在团队测试中，原型电池持续了 200 次循环，并在 -40°C 下还能保持超过 87% 的原始容量。在 50°C 时，电池的容量增加了 15%，陈政教授表示，因为更高的温度会增加电荷转移和锂离子通过电解质并扩散到电极上，因而推动了电池容量和能量极限 。
该研究的第一作者、UCSD 纳米工程博士后研究员 Guorui Cai 准备了一个电池袋电池（battery pouch cell），用于在低于冰点的温度下进行测试。
这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容，锂硫电池是一种可充电电池，其阳极由锂金属制成，阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分，因为这种电池具有更高的能量密度和更低的成本。
它们每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍——这可以使电动汽车的续航里程增加一倍，而不会增加电池组的重量。此外，与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比，硫的来源更丰富且问题更少。
但锂硫电池存在另一些问题——其阴极和阳极都过于活跃。硫正极非常活泼，以至于它们在电池运行期间会溶解。这个问题在高温下会变得更糟。锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构，可以刺穿电池的某些部分，导致电池短路。因此，锂硫电池只能持续数十次循环。
「如果你想要一个能量密度高的电池，你通常需要使用非常精确、复杂的化学物质，」陈政说道。「高能量意味着更多的反应正在发生，这意味着稳定性更低，降解更多。制造稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务——试图在很宽的温度范围内做到这一点更具挑战性。」
UCSD 研究小组开发的二丁醚电解质可以防止这些问题，即使在高温和低温下也是如此。他们测试的电池比典型的锂硫电池具有更长的循环寿命。「我们的电解质有助于改善阴极和阳极侧，同时提供高导电性和界面稳定性，」陈政介绍说。
该团队还通过将硫阴极接枝到聚合物上来设计更稳定的硫阴极。这可以防止更多的硫溶解到电解液中。
接下来的步骤包括扩大电池化学成分，优化它以在更高的温度下工作，并进一步延长循环寿命。
UCSD 纳米工程教授陈政。
容量的增加不一定是一件好事，因为这同时也会使电池负担过重。为了解决这个问题，研究人员必须进一步改进电池的化学成分，以便它能够维持更多的充电周期。他们还计划通过更多的细胞工程来提高能量密度。目前，新电池的密度仅比今天的锂离子电池略高一点，与锂硫理论上的承诺相差无几。「我们至少可以将能量密度提高 50%，」陈政表示。「这就是希望，这就是承诺。」
3C锂电池制作工艺分为四道程序，一是极片制作，二是电芯组装，三是电芯激活检测，四是电池封装。工艺流程可分为正极拉浆、负极拉浆、正极片、负极片、钢壳装配、注液、检测、包装等。在后半段工艺流程中，3C锂电池的化成、分容关系着电芯一致性、良品率等指标能否达到要求，是电芯激活检测的重要部分。3C锂电池的测试包括基本性能、安全性能、环境性能、电化学性能几大类，弹片微针模组在测试中可通过1-50A范围内的电流，过流能力强大，还有着平均20W次的使用寿命，可有效提高3C锂电池测试效率，保障测试高效安全进行。
锂电池的生产工艺流程图详解. 具体地说如下：物料准备——匀浆——涂布——碾压——分切——烘烤——卷绕——入壳——激光焊——烘烤——注液——预充——封口——清洗——老化——全检——入库——出货。 锂电池自动化生产设备线——搅拌、涂布、卷绕、检测为锂电池的主要生产工艺。 1、浆料搅拌是锂离子电池设备的重要环节，锂离子电池正极浆料由粘合剂、导电剂、正极材料等组成，负极浆料由粘合剂、石墨碳粉等组成；正负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料间的相互混合、溶解、分散等；浆料分散质量的好坏，直接影响了锂离子电池的质量及性能。 2、涂布决定了电池的一致性和优性，在电池制造中占有技术地位。不管生产何种（如圆柱形或方形）电池，制造中所使用的涂布机是一样的；不同类型电池需配备不同类型的卷绕机。 3、除锂离子电池卷绕机外，还有电容器卷绕机、纺织卷绕机等。按照机器的运行方式，可分为手动卷绕机、半自动卷绕机、全自动卷绕机。4、检测项目重要性日益凸显。锂离子电池容易因为短路、过充等原因烧毁或爆炸，在应用中会与保护板组成成品电池；在能量密度较高的应用领域，锂离子电池需进行串并联组合成为锂离子电池组，通过电池管理系统（BMS）进行管理。 由此可见，锂离子电池生产工艺较长，包括50多道工序，相应需要50多种设备。整个制造锂电池生产工艺可分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段，在锂电池生产工艺中，极片制作是基础、电芯制作是核心，电池组装关系到锂电池成品质量。锂电池生产工艺流程具体环节包含正极拉浆、负极拉浆、正极片、负极片、钢壳装配、注液及检测以及包装等……其中极片制作相关设备称为前端设备，电芯制作相关为中端设备，电芯激活检测和电池封装设备为后端设备。 锂电池生产近年来,向整合化、整线化、自动化发展，锂电池生产自动化线为客户提供标准化产品，传统的发展方法无法应对客户快速变化的需求。
电池领域可以很好的降低成本，主要是因为现在很多元素都可以作为电池，比如可能接下来还会推出镍电池。
科学家们发现了钠离子电池（sib）所需要的成分，这有助于提高sib的性能，如充电速度。尽管锂离子电池目前很受欢迎，但由于锂不仅昂贵而且有限，人们预计锂离子电池将很快找到新能源。研究结果表明，SiB有可能成为锂离子电池的替代品。
在无机晶体结构数据库中对约4300种化合物进行了钠迁移能的高通量计算，该化合物确实表现出优异的高速率性能和循环耐久性；详细地说，该化合物表现出稳定的10C循环，其完全充电的速率仅为6分钟。/在室温下进行50次充放电循环后，放电和约94%的容量保持率。这些结果与钠离子电池的典型阴极材料相当或优于后者。
日本名古屋理工学院（Nitech）的研究人员已经证明，一种特殊的材料可以作为钠离子电池的高效电池组分，与锂离子电池在多个电池特性，特别是充电速度方面进行竞争。
研究结果发表在2018年11月的科学报告中，由Nitech高级陶瓷系助理教授Naoto Tanibata博士领导。
流行的锂离子电池有几个好处——它们是可充电的，应用范围很广。它们被用于笔记本电脑和手机等设备，以及混合动力和全电动 汽车 。电动 汽车 是解决农村污染和实现清洁可持续交通的重要技术，在解决能源和环境危机方面发挥着重要作用。锂的一个缺点是它是一种有限的资源。不仅价格昂贵，而且其年产量（技术上）有限（由于干燥过程）。考虑到对电池驱动装置尤其是电动 汽车 的需求不断增加，寻找锂的替代品的需求变得越来越迫切，锂既便宜又丰富。
由于多种原因，钠离子电池是锂离子电池的一种有吸引力的替代品。钠不是一种有限的资源——它在地壳和海水中都很丰富。此外，在适当的晶体结构设计下，钠基组分有可能产生更快的充电时间。然而，钠不能简单地与锂交换，锂用于目前的电池材料，因为它是一个较大的离子尺寸和略有不同的化学。因此，研究人员需要在大量的候选材料中，通过试错法寻找最佳的钠离子电池材料。
Nitech的科学家们已经找到了解决这个问题的合理而有效的方法。从晶体结构数据库中提取约4300种化合物，并对其进行高通量计算后，其中一种化合物获得了良好的结果，因此是钠离子电池组分的一个很有前景的候选化合物。研究人员发现，Na2V3O7具有良好的电化学性能以及晶体和电子结构。该化合物具有快速充电性能，能在6分钟内稳定充电，研究人员还证明了该化合物具有较长的电池寿命和较短的充电时间。
“我们的目标是解决大型电池在电动 汽车 等严重依赖长时间充电的应用中面临的最大障碍。我们通过一项搜索来解决这个问题，该搜索将产生足够高效的材料，以提高电池的速率性能。”
尽管Na2v3o7具有良好的特性和对钠离子电池的总体预期影响，但研究人员发现，在最后的充电阶段，Na2v3o7发生了劣化，这将实际存储容量限制在理论存储容量的一半。因此，在他们未来的实验中，研究人员致力于提高这种材料的性能，以便在整个充电阶段保持稳定。”我们的最终目标是建立一种方法，使我们能够通过计算和实验相结合的方法来有效地设计电池材料，”Tanibata博士补充道。
文献引用：
Naoto Tanibata、Yuki Kondo、Shohei Yamada、Masaki Maeda、Hayami Takeda、Masanobu Nakayama、Toru Asaka、Ayuko Kitajou、Shigeto Okada。纳米管结构的Na2V3O7作为钠离子电池的阴极材料，具有高速率和稳定的循环性能。科学报告，2018年；8（1）doi:
1.钠资源丰富
随着新能源汽车市场高速发展，锂电池需求不断攀升，国内锂资源供给处于紧张状态，产业链公司争抢锂资源。在锂资源紧张的背景下，钠离子电池战略意义凸显。钠资源分布于全球各地，完全不受资源和地域的限制，钠离子电池相比锂离子电池有非常大的资源优势。
2.钠离子电池具有成本优势
钠电池成本优势使其更有经济性。锂电池负极只能使用铜箔，而钠电池则可以在正极负极都使用铝箔，单Kwh钠电池消耗铝箔量将较锂电池翻倍，同时铝箔价格更低，有望进一步降低钠电池材料成本。
3.钠离子电池安全性高
由于钠离子电池的内阻比锂电池高，所以其在短路的情况下瞬时发热量少，温升较低，热失控温度高于锂电池，具备更高的安全性。另一方面，锂电池在低温下充电会析锂，而钠电池却不会发生析出，故钠离子电池拥有更宽的工作温度范围。钠离子电池可以在-40℃到80℃的温度区间正常工作，-20℃的环境下容量保持率接近90%，高低温性能优于锂离子电池。
安全性高。钠离子电池要比锂电池更加安全，可以满足一些对能量密度需求不高的领域。四是可用低盐浓度电解液。在未来的电池领域中，它会变得更加方便。
能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功
能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功，美国加州大学圣地亚哥分校工程师开发了一种锂离子电池，该电池在极寒和酷热的温度下表现良好，能耐极寒和酷热的新型锂离子电池开发成功。
近期，加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的工程师们开发出了一种新型锂离子电池，据称这种电池在极冷和高温下都能表现良好，同时仍能储存大量能量。
根据研究人员的说法，这一“壮举”是通过开发一种新型电解质实现的。这种电解质不仅可以在较宽的温度范围内坚挺耐用，而且可以与高能阳极和阴极兼容。上述研究成果已于近期发表在了《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
UCSD雅各布斯工程学院纳米工程学教授、该研究的资深作者Zheng Chen表示，基于这项技术开发的车用电池，即使在寒冷气候下也能让电动汽车行驶更远。此外，它们还可以减少对冷却系统的需求，以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。
Chen 解释说：“高温对于汽车电池来说是一个重大挑战。在电动汽车中，电池组通常位于底盘，更靠近炎热的道路。此外，电池在运行过程中会因电流通过而升温。如果电池不能承受这种高温，它们的性能将迅速下降”。
在测试中，该电池在-40°C和50°C下分别保留了和的能量容量。在这些温度下，它们还分别具有和的高库伦效率，这意味着电池在停止工作之前可以进行更多的充放电循环。
上述优异的性能都要归功于Chen和同事们开发的独特电解质。它由二丁醚与锂盐混合而成的液体溶液制成。二丁醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱。换句话说，当电池运行时，电解质分子很容易释放锂离子。
研究人员在之前的一项研究中发现，这种微弱的分子相互作用可以提高电池在零下温度下的性能。另外，二丁醚很容易吸收热量，因为它在高温下保持液态(沸点为141°C)。
附加优势
此外，这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容，锂硫电池是一种可充电电池，其阳极由锂金属制成，阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分，因为它拥有更高的能量密度和更低的成本。
据了解，锂硫电池每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍，这可以使电动汽车的续航里程增加一倍，而不会增加电池组的重量。此外，与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比，硫的储量更为丰富。
但锂硫电池也存在问题。阴极和阳极都是超活性的。硫阴极非常活泼，在电池运行过程中会溶解；在高温下，这个问题会变得更严重。锂金属阳极容易长出枝晶，会导致电池短路，甚至有起火风险。因此，锂硫电池最多只能循环使用几十次。
“如果你想要一个高能量密度的电池，你通常需要使用非常苛刻、复杂的化学物质，”Chen说，“高能量意味着更多的反应发生，这意味着更少的稳定性，更多的降解。制造一种稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务，试图在更大的温度范围内做到这一点更具挑战性。”
UCSD研究团队开发的二丁醚电解质可以防止这些问题。即使在极端温度下，他们测试的电池也比典型的锂硫电池有更长的循环寿命。Chen说，“我们的电解液有助于改善阴极侧和阳极侧，同时提供高导电性和稳定性”。
美国加州大学圣地亚哥分校工程师开发了一种锂离子电池，该电池在极寒和酷热的温度下表现良好，同时还能储存大量电能。本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文描述了这种耐温度变化的电池。
加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授、该研究的资深作者陈政说，这种电池可让寒冷气候下的电动汽车一次充电就能行驶更远；还可减少对冷却系统的.需求，以防止车辆的电池组在炎热气候下过热。
研究人员在冰点以下温度测试电池。图片来源：David Baillot/加州大学圣地亚哥分校
在测试中，概念验证电池在-40℃和50℃下分别保留了和的电能容量。在这些温度下，它们还分别具有和的高库仑效率，这意味着电池在停止工作之前可进行更多的充电和放电循环。
研究人员此次开发了一种更好的电解质，这种电解质既耐寒又耐热，而且与高能阳极和阴极兼容。电解质由二丁醚与锂盐混合而成的溶液制成。二丁基醚的一个特点是其分子与锂离子的结合较弱，当电池运行时，电解质分子很容易释放锂离子。
这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分，因为它们有望实现更高的能量密度和更低的成本。但锂硫电池的阴极和阳极都具有超强反应性。在高温下，锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构，可刺穿电池的某些部分，导致电池短路。结果，锂硫电池只能持续数十次循环。
二丁基醚电解质可防止这些问题，即使在高温和低温下也是如此。他们测试的电池比典型的锂硫电池具有更长的循环寿命。研究团队还通过将硫阴极接枝到聚合物上来设计更稳定的硫阴极。这可以防止更多的硫溶解到电解液中。
团队表示，下一步研究工作将包括扩大电池化学成分、优化电池以使其在更高的温度下工作以及进一步延长循环寿命。
一种新型锂离子电池既可以在零下 40°C 的低温下工作，也可以在 50°C 的高温下工作。这种新型电池阴极使用硫制作，电池可以储存更多的能量。这是来自加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的一项新研究。
这种电池可以增加电动汽车在寒冷温度下的行驶里程。此外，它们还可以用于卫星、航天器、高空无人机和潜艇。UCSD 纳米工程教授陈政（Zheng Chen）表示：通过大幅扩展锂电池的可操作窗口，我们可以为电动汽车之外的应用提供更强大的电化学物质。
目前来看，电池用石墨阳极和锂金属氧化物阴极，这种组合不能很好地处理极端温度。高温会加剧电池内部本已高度活跃的化学环境，引发分解电解质和其他电池材料的副反应，导致不可逆转的损害。与此同时，低温会使液体电解质变稠，所以锂离子在其中缓慢移动，导致电能损耗和充电缓慢。
对电池进行绝缘或从内部加热的方法有助于解决低温问题。研究人员之前还对电解质进行设计以扩大电池温度范围，但这可以提高低温或高温下的性能，而不是同时提高性能。
陈政教授团队的研究《Solvent selection criteria for temperature-resilient lithium–sulfur batteries》刊登在了 7 月 5 日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，他们表示新型耐极端温度电池的核心是找到一种新电解质。
他们通过将锂盐溶解在二丁醚溶剂中来制造电解质。与现有的用于电池的碳酸乙烯溶剂不同，新材料在零下 100°C 的温度下不会结冰，也不容易蒸发。此外，其溶剂分子与锂离子结合较弱，所以锂离子在其中移动更自由，即使在冰点温度下。
UCSD 团队通过将硫附着在塑料基材上来解决硫阴极降解问题。同时，新的电解质允许锂离子的均匀传输，因此它们没有机会粘在一起并形成枝晶。
在团队测试中，原型电池持续了 200 次循环，并在 -40°C 下还能保持超过 87% 的原始容量。在 50°C 时，电池的容量增加了 15%，陈政教授表示，因为更高的温度会增加电荷转移和锂离子通过电解质并扩散到电极上，因而推动了电池容量和能量极限 。
该研究的第一作者、UCSD 纳米工程博士后研究员 Guorui Cai 准备了一个电池袋电池（battery pouch cell），用于在低于冰点的温度下进行测试。
这种电解质的另一个特别之处在于它与锂硫电池兼容，锂硫电池是一种可充电电池，其阳极由锂金属制成，阴极由硫制成。锂硫电池是下一代电池技术的重要组成部分，因为这种电池具有更高的能量密度和更低的成本。
它们每公斤存储的能量是当今锂离子电池的两倍——这可以使电动汽车的续航里程增加一倍，而不会增加电池组的重量。此外，与传统锂离子电池阴极中使用的钴相比，硫的来源更丰富且问题更少。
但锂硫电池存在另一些问题——其阴极和阳极都过于活跃。硫正极非常活泼，以至于它们在电池运行期间会溶解。这个问题在高温下会变得更糟。锂金属阳极容易形成称为枝晶的针状结构，可以刺穿电池的某些部分，导致电池短路。因此，锂硫电池只能持续数十次循环。
「如果你想要一个能量密度高的电池，你通常需要使用非常精确、复杂的化学物质，」陈政说道。「高能量意味着更多的反应正在发生，这意味着稳定性更低，降解更多。制造稳定的高能电池本身就是一项艰巨的任务——试图在很宽的温度范围内做到这一点更具挑战性。」
UCSD 研究小组开发的二丁醚电解质可以防止这些问题，即使在高温和低温下也是如此。他们测试的电池比典型的锂硫电池具有更长的循环寿命。「我们的电解质有助于改善阴极和阳极侧，同时提供高导电性和界面稳定性，」陈政介绍说。
该团队还通过将硫阴极接枝到聚合物上来设计更稳定的硫阴极。这可以防止更多的硫溶解到电解液中。
接下来的步骤包括扩大电池化学成分，优化它以在更高的温度下工作，并进一步延长循环寿命。
UCSD 纳米工程教授陈政。
容量的增加不一定是一件好事，因为这同时也会使电池负担过重。为了解决这个问题，研究人员必须进一步改进电池的化学成分，以便它能够维持更多的充电周期。他们还计划通过更多的细胞工程来提高能量密度。目前，新电池的密度仅比今天的锂离子电池略高一点，与锂硫理论上的承诺相差无几。「我们至少可以将能量密度提高 50%，」陈政表示。「这就是希望，这就是承诺。」
▲第一作者：宋丽娜、张伟、王颖；通讯作者：徐吉静教授 通讯单位：吉林大学
论文DOI：
针对锂氧气电池存在的反应动力学缓慢而导致能量转换效率低的问题，研究者通常开发高效、稳定的正极催化剂来降低电池的充电极化电压提高反应动力。该工作将Co单原子固定于掺杂N的碳球壳载体上，用于锂氧气电池的高效催化反应，实验发现Li2O2形成和分解路线与LiO2在单原子催化剂的吸附能有关。研究明确指出，在放电过程中，原子级分散的活性位点能够诱导放电产物的均匀成核和外延生长，最终形成有利的纳米花状放电产物。在充电过程中，CoN4活性中心对放电中间体LiO2弱的吸附能，诱导充电反应由两电子路径向单电子路径转变。 得益于高分散的Co-N单原子催化剂的能级结构和电子结构所发生的根本性变化，大幅提升了电池的充电效率和循环寿命。与同等含量的贵金属基催化剂相比，达到600 mV充放电极化电压的降低和218天的长寿命循环。
锂氧气电池具有锂离子电池10倍以上的理论容量密度，被誉为颠覆性和革命性电池技术 。然而该电池还处于研发的初级阶段，受限于ORR和OER电化学反应动力学缓慢，电池的实际容量、倍率性能、能量效率和循环寿命距产业化应用还有很大差距。因而开发高效稳定的催化剂，是提高电池反应动力和循环效率的迫切需要。原子级纳米晶具有最大化的原子利用效率和独特的结构特点，往往表现出不同于传统纳米催化剂的活性、选择性和稳定性，为调控电化学反应过程提供了多种可能。在锂氧电池中，电解液中可溶性LiO2中间体能够调控放电产物Li2O2的形成与分解路线。先前的研究结果表明[1]，不同的生成路线与LiO2在催化剂的不同晶面上的吸附能有关。 因此，探究单原子催化剂的尺寸效应对LiO2吸附能的影响，可能是一种调整低供体数电解质中过氧化锂形成与分解路径的新思路。这一新发现将为高能量效率和长循环寿命的锂氧电池的设计提供更多的选择。
单原子催化剂（SACs）是一类非常重要的电催化剂，其独特的单分散结构集均相催化和多相催化剂的优点于一身，拥有最大的金属利用率、优异的催化活性和稳定性。同时，SACs的活性位点相对简单确定且易于调控，因而这种独特的结构和性能使得单原子催化剂成为了一个非常理想的催化机理研究和性能优化的材料平台。然而当单原子催化剂与锂空气电池相遇，会擦出怎样的火花呢？本文采用原位聚合技术，设计合成了Co单原子嵌入的氮掺杂碳空心球（N-HP-Co）用于锂氧气电池的研究，并对其充放电过程进行详细分析。其结果表明，受益于N-HP-Co最大化暴露的CoN4单原子活性位点及活性位点在碳球壳上的均匀分布，降低了对LiO2的吸附能力，有效的改变了电池的反应路径，使得电池反应动力学得到极大提高，大幅提升了电池性能。
▲图一 单原子催化剂的合成过程。
单原子催化剂由于活性位点均匀性的提高以及配位环境的高度可控性，在许多催化反应中都表现出较高的催化活性。因此将单原子Co催化剂应用于锂氧气电池中，来探究对Li2O2形成与分解反应路径的影响。我们采用原位聚合的方法，以二氧化硅作为模板，盐酸多巴胺作为碳源，并在900 °C的氮气氛围内热解。
▲图二 单原子催化剂的特性表征。a, b) 样品的SEM图像（a：1微米；b：200纳米）；c) 样品的TEM图像（主图：200纳米；插图：10纳米）；d) 样品的EDX元素分析（50纳米）；e, f) 样品的HAADF-STEM图像（e：50纳米；f：2纳米）；g) 样品及对比材料的XRD图像；h) 样品的N 1s XPS光谱；i) 样品及对比材料的氮气吸附曲线。
▲图三 单原子催化剂的原子结构分析。a) 样品的XANES光谱；b) 样品的傅里叶转换的Co-K边光谱；c, d)样品在k和R空间的EXAFS拟合曲线。
N掺杂的碳球壳作为载体是锚定Co单原子的关键步骤。高角度环形暗场球差电镜（HAADF）、能量色散谱（EDX）元素映像图表和X射线吸收光谱（XAS）测试等关键性表征技术证实了单原子Co的成功制备和CoN4高活性位点的存在。
▲图四 单原子催化剂的放电机理研究。a) 样品及对比材料的放电曲线；b) 样品及对比材料的CV曲线；c) 样品及对比材料的倍率性能；d, e, f) 样品及对比材料的放电产物的SEM图像及相应的XRD谱图（500纳米）；h, i) 样品及对比材料的放电机理图。
受益于N-HP-Co SACs最大化暴露的CoN4单原子活性位点在碳球壳上的均匀分布，电极氧化还原反应动力学得到极大提升，加快了放电产物Li2O2的形成速率，大幅提升了电池的放电容量和倍率性能。与同等含量的贵金属催化剂相比，在相同的电流密度和容量下，N-HP-Co SACs具有更多的反应活性位点，因而更有利于生成纳米片状的Li2O2，并通过“外延生长方式”进一步组装形成有利的纳米花状Li2O2。这种特殊的放电机制有利于打破电荷传输限制和放电产物电化学绝缘的本质。
▲图五 单原子催化剂的充电特性。a) 样品及对比材料在不同充电阶段的紫外可见光谱图；b) 样品的充电机理图；c-h) 样品及对比材料上的不同结构对LiO2的吸附能。
为了更全面地了解CoN4单位点催化剂的充电机理，通过密度泛函理论(DFT)计算表明复杂的配位环境可以显著改变中心金属原子CoN4对LiO2*的吸附能力，从而调控反应的活性和选择性。可以看出，CoN4活性中心对放电中间体LiO2弱的吸附能，有利于提高LiO2在电解质中的溶解度，诱导充电反应过程由两电子路径向单电子路径转变。因而有利于提高电池的充电效率。
▲图六 锂空气电池的循环稳定性。a) 样品及对比材料的循环性能；b-e) 样品及对比材料在不同循环过程中放电产物的SEM图像（b, d：1微米；c, e：500纳米）；f, g) 样品及对比材料在不同循环过程中的放电产物的XPS光谱。
单原子催化的锂空气电池可以有效的抑制副反应的发生，并展现出优异的循环稳定性，充分验证了催化剂对放电产物的精准调控对稳定电池体系的重要作用。
▲图七 单原子催化剂在循环过程中的稳定性。a) 样品在全圈循环后的XPS光谱；b) 样品在多圈循环后的EDX光谱（200纳米）；c) 样品在多圈循环后的XANES光谱；d) 样品在多圈循环后的傅里叶转换的Co-K边光谱。
N-HP-Co 在50次的循环过程中，Co的单原子结构依然被保留。Co单原子在碳载体上的固有稳定性使它们在电化学反应中具有优异的耐久性，这一显著的优势与低成本的优势相结合，为金属单原子催化剂在锂氧电池反应路线的可调性提供了新的策略。
单原子催化剂的合成受到草莓生长过程的启发，采用二氧化硅为模板，原位聚合生成氮掺杂的Co单原子催化剂。由于单原子催化的本质特征，低配位环境和单原子与碳球壳之间的协同作用能够精准的调控锂氧气电池中放电产物的生成与分解路线。与同等含量的贵金属催化剂相比，单原子催化剂不仅能够调控放电产物的形貌，同时增加了放电容量，避免了过多的副反应的发生，极大地提高了电池的电催化性能。该研究提出的单原子催化正极的概念、设计、制备及催化机制，将为锂空气电池领域新型催化剂的发展提供新的研究思路和科学依据，具有鲜明的引领性和开创性特征。
参考文献 [1] Yao, W. T. et al. Tuning Li2O2 formation routes by facet engineering of MnO2 cathode catalysts. J. Am. Chem. Soc.,2019,141,12832-12838.
徐吉静，1981年7月出生于山东省单县，现任吉林大学，化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室，未来科学国际合作联合实验室，教授，博士生导师。光学晶体标准化技术委员会副秘书长。主要从事多孔新能源材料与器件领域的基础研究和技术开发工作，研究方向包括锂（钠、钾、锌）离子电池关键材料及器件，锂空气（硫、二氧化碳）电池等新型化学电源，外场（光、力、磁、热）辅助能量储存与转化新体系。近5年共发表SCI学术论文50余篇，其中包括第一作者/通讯作者论文：篇、 1篇、. 2篇、篇、Energy 篇、ACS Nano 1篇、ACS 篇。迄今为止，论文被他引4000余次，单篇最高引用360次，12篇论文入选ESI高引论文，研究成果被Nature、Science等作为亮点报道。获授权发明专利和国防专利10项。曾获科睿唯安“全球高被引学者”（2019年）、吉林省拔尖创新人才（2019年）、吉林省青年 科技 奖（2018年）和吉林大学学术带头人（2018年）等奖项或荣誉。
近两年，废电池对环境的影响成为国内媒体热门话题之一。有的报道称电池对环境污染很严重，一节电池可以污染数十万立方米的水。有的甚至说废电池随生活垃圾处理可以引起诸如日本水俣病之类的危害，这些报道在社会上引起了很大反响，有很多热爱环保的人士和团体开展或参加了回收废电池的活动。 然而，国家环保总局有关人士却认为，废电池不用集中回收，以前有关废电池危害环境的报道缺乏科学依据，在某种程度上对群众造成了误导。那么，废电池怎样处理才科学呢?本文拟就此问题作以简要介绍，以期帮助大家更科学地认识废电池处理问题，更好的保护我们的环境。 废电池里面到底有哪些污染物 清华大学环境科学与工程系的博士生导师聂永丰教授，带领课题组专门对废电池的危害和处理做过研究。他介绍说，近年来关于废旧电池给环境带来危害的报道的确很多，但是遗憾的是，这些报道未向读者或观众说明支持其结论的科研内容，没有向读者介绍其分析推理过程，也没有列举因干电池造成污染的实际案例，只有“污染严重”的结论。 废电池中含有哪些有害物质，这些物质通过什么样的机理释放到环境中，会对环境造成多大程度的损害，国内外有无废干电池引起严重污染的案例，发达国家是怎样解决这个问题的?带着疑问，课题组作了全面深入的调查，得出的结论与一些新闻报道相去甚远，这些报道确有不切合实际和偏激之处。 聂教授介绍说，电池产品可分一次干电池(普通干电池)、二次干电池(可充电电池，主要用于移动电话、计算机)、铅酸蓄电池(主要用于汽车)三大类。用量最大、群众最关心，报道最多的是普通干电池。下面所说的电池均指普通干电池。 电池主要含铁、锌、锰等，此外还含有微量的汞，汞是有毒的。有报道笼统地说，电池含有汞、镉、铅、砷等物质，这是不准确的。事实上，群众日常使用的普通干电池生产过程中不需添加镉、铅、砷等物质。 废电池中的汞没有对环境构成威胁 汞的挥发温度低，是一种毒性较大的重金属。很多地方的土壤中也含有微量的汞，在汞矿开采、提炼、含汞产品加工过程中，如密闭措施不够完备，释放到空气中的汞(蒸气)对操作人员的健康影响很大。 电池中虽然含有汞，但由于是添加剂，其含量很少。即便是高汞电池，含汞量一般也在电池重量的千分之一以内。我国电池行业全年的用汞量，大体上与一个汞法聚氯乙烯，或汞法炼金，或高汞铅锌矿采选的企业年排放废水中的含汞量相当。由于电池消费区域大，含汞废电池进入生活垃圾处理系统以后，对环境的影响比前述一个化工企业排放含汞废水所造成的影响要小得多，况且电池使用了不锈钢或碳钢做外包皮，有效地防止了汞的外漏。因而废电池分散丢弃在生活垃圾中，其危害微乎其微，在客观上不可能造成水俣病之类的危害。日本的水俣病是化工企业几十年向一条河流排放大量含汞废水，下游水系中汞逐渐累积造成的。 含汞电池正在被无汞电池代替 当然，含汞废电池毕竟对环境有负面影响(哪怕是轻微的)。因此，在1997年底，国家经贸委、中国轻工总会等9部门联合发出《关于限制电池汞含量的规定》，借鉴发达国家的经验，要求国内电池制造企业逐步降低电池汞含量，2002年国内销售的电池要达到低汞水平，2006年达到无汞水平。 从实际进展来看，国内电池制造业基本按照《规定》要求在逐步削减电池汞含量。据中国电池工业协会提供的数据，我国电池年产量为180亿只，出口约100亿只，国内年消费量约80亿只，基本已达到低汞标准(汞含量小于电池重量的％)。其中约有20亿只达到无汞标准(汞含量低于电池重量的％)。 聂教授最后强调，截至目前国内外均无废电池造成严重污染的报道或科研资料，有关废电池污染环境的说法的确缺乏科学根据，对群众造成了误导。 废电池集中回收处理不当会造成污染 如果按某些报道呼吁的那样，在我国建造一个专业的、能够批量处理废电池的工厂，是否可行呢?国家环保总局污控司固体处彭德富工程师介绍说，建设一个废电池回收处理厂，需要投资1000多万元人民币，而且还要每年至少回收4000多吨废旧电池，工厂才能运转起来。而实际上要回收这样大数量的废电池十分困难。以首都北京为例，在大力宣传和鼓励下，3年才回收了200多吨。在环保模范城杭州市，废电池的回收率也只有10%。据了解，目前瑞士和日本已建好的两家可加工利用废旧电池的工厂，现在也因吃不饱经常处于停产状态。这不得不让我们慎重考虑投资建回收厂的问题。
1990年以来发表的论文(Eng.):新世纪1. Surface-modified Graphite as an improved intercalating Anode for Lithium ion Batteries，, , e l，Electrochem. & Solid State Lett. , 6 (2003).A30-A332. Possible use of ferrocyanide as a redox additive for prevention of electrolyte decomposition in overcharged nickel batteries, Electrochem. Acta, (2003)3. Temperature Effects on the Electrodeposition of Zinc， u, e l ，J. Electrochem. Soc., 150 (2003) . Hydrogen production from catalyzed hydrolysis of sodium borohydride solution using nickel boride catalyst，, e l，Int. J. Hydrogen Energy 28 (2003)10955. A Mechanistic Study of Electrocatalytic Reduction of Oxygen on Manganese Dioxides in Alkaline Aqueous Solution, Y. L. Cao, H. X. Yang*, X. P. Ai, and L .F .Xiao， J. Electroanal. Chem.，(2003) ,6. Structural and electrochemical characterization of calcium zincate mechanochemically synthesized as rechargeable anodic materials，, H. Yang, X. Ai, J. Yu and Y. Cao, J. Appl. Electrochem., 33(2003)6077. 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锂离子电池的研究进展摘要 介绍了锂离子电池的电化学反应原理、一般特性及电池正极材料、负极材料、电解质材料的研究进展，同时也介绍了目前存在的问题和发展前景。关键词 锂离子电池，研究进展，展望R&D of Li-ion secondary batterySun Chunwen(Department of Applied Chemistry,Tianjin University,300072)Abstract The fundamental principle of electrochemical reaction of Li-ion battery,its general properties and the progress of researches on materials for cathode,anode and electrolyte are introduced in this the same time its existing problems and prospects are also words Li-ion battery,research progress,prospect自从1859年Gaston Plante提出铅酸电池概念以来，化学电源界一直在研制新的高比能量、长循环寿命的二次电池。1990年日本索尼公司率先研制成功锂离子电池〔1〕。它是把锂离子嵌入碳中形成负极，取代传统锂电池的金属锂或锂合金作负极。负极材料是石墨和焦炭等碳材料。目前的正极材料主要是LiCoO2，其次是LiNiO2和LiMn2O4。电解质为LiAsF6+PC(碳酸丙烯酯)、LiAsF6+PC+EC(碳酸乙烯酯)及LiPF6+EC+DMC(碳酸二甲酯)。隔膜为PP微孔薄膜、PE微孔薄膜或两者双层。锂离子电池既保持了锂电池高电压、高容量的主要优点，又具有循环寿命长、安全性能好的显著特点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等领域展示了良好的应用前景和潜在的经济效益，是近年来受到广泛关注的研究热点。1 锂离子电池的电化学反应原理及特性这种电池的正负极均采用可供锂离子(Li+)自由嵌脱的活性物质，充电时，Li+从正极逸出，嵌入负极；放电时Li+则从负极脱出，嵌入正极。这种充放电过程，恰似一把摇椅。因此，这种电池又称为摇椅电池(Rocking Chair Batteries)。以LiCoO2为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池，充放电反应式为锂离子蓄电池的一般特性〔2〕：(1)体积及质量的能量密度高；(2)单电池的输出电压高，为 V；(3)自放电率小；(4)在60℃左右的高温下也可以使用；(5)不含有毒物质等。2 锂离子电池的研究进展研究锂离子蓄电池的关键技术是采用能在充放电过程嵌入和脱嵌锂离子的正、负极材料及选用合适的电解质材料。 正极材料作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子的贮存库。为了获得较高的单体电池电压，应选择高电势的嵌锂化合物。一般而言，正极材料应满足〔3～7〕：(1)在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；(2)温和的电极过程动力学；(3)高度可逆性；(4)全锂化状态下在空气中稳定性好。目前研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物上(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。能作正极活性物质的主要有LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等。最早用于商品化的锂离子电池中的正极为LiCoO2，它属于α-FeO2型结构。其合成方法是将Li2CO3和CoCO3按摩尔比Li/Co=1∶1的比例混合，在空气中700℃灼烧而成〔8〕。其可逆性、放电容量、充放电效率、电压的稳定性等性能均很好。因此，目前正极材料主要采用LiCoO2，或在其中再添加Al、In等元素的复合钴酸锂。但是，由于钴材料成本较高，资源缺乏，因此，必须开发少用钴、不用钴或廉价易得的材料，如用镍或锰来取代钴，这样电池单价可大大降低。LiNiO2是继LiCoO2后研究较多的层状化合物，一般是用锂盐和镍盐混合在700～850℃经固态反应制备。镍与钴的性质相近，价格比钴低廉。LiNiO2目前的最大容量为150 mAh/g，工作电压范围为～ V，不存在过充电和过放电的限制，Ohzuku〔9〕认为它是锂离子电池中最有前途的正极材料之一。但由于LiNiO2的制备中存在许多问题，所以LiNiO2的实际应用还受到限制。例如，制备三方晶系的LiNiO2时容易产生立方晶系的LiNiO2，特别是当热处理温度大于900℃时，LiNiO2将全部以立方晶系形式存在，而在非水电解质溶液中，立方晶系的LiNiO2无电化学活性。尖晶石型的LiM2O4(M=Mn、Co、V等)中M2O4骨架是一个有利于Li+离子扩散的四面体和八面体共面的三维网络。其典型代表是LiMn2O4。因为在加热过程中易失去氧而产生电化学性能差的缺氧化合物，使高容量的LiMn2O4制备较复杂，现在常用的合成方法有多步加热固态合成法、溶液-凝胶法、沉淀法等。如何克服容量在循环时下降的问题是目前LiMn2O4研究的焦点。因此，尖晶石型特别是掺杂型LiMn2O4的制备及结构与性能的关系仍是今后锂离子电池电极材料研究的方向。 负极材料锂离子电池作为一种新型的高能电池在性能上的提高仍有很大的空间，而碳材料性能的提高是其中的主要关键。负极碳材料应具备大容量、良好的充放电特性、高度可逆的嵌入反应、热力学稳定以及对电解液稳定的性能。1973年就有人提出以碳作为嵌锂材料，但直到1990年索尼公司以石油焦炭作为负极，才使锂离子电池的研究进入实用化阶段，从而掀起了世界范围的研究热潮。用于锂离子电池的碳材料主要有以下几种，见下表。目前研究的碳负极材料主要有石墨、冶金焦炭、石油焦炭等。其中石墨具有层状结构，因此其层与层之间有可能嵌入原子或原子团，形成碳层间化合物。石墨用作锂离子蓄电池的负极，可用充电的方法在碳层之间嵌入锂离子，用放电的方法脱嵌锂离子。用嵌锂石墨作为负极时，研究的焦点主要有：不可逆容量损失的机理和抑制方法，石墨结构与电化学性能的关系等。石墨的结晶度、微观组织、堆积形式等都影响其嵌锂容量。有研究发现，部分无序排列的存在是石墨嵌锂容量小于理论容量的原因，通过调节热处理温度控制石墨的堆积形式是获得高容量的有效手段。日本本田研究与发展公司利用特殊处理方法解决了锂离子电池比容量低的问题。具体做法是将锂(分子)置于有序石墨板之间，材料经聚亚苯基(PPP)热处理后，再将高度取向的石墨经高压(5 000～6 000 MPa)热解。用该方法得到的石墨作负极，使负极达到了1 116 mAh/g的高比容量〔10〕。1991年日本NEC的Iijima用真空电弧蒸发石墨电极时，发现了具有纳米尺寸的碳多层管状物——纳米碳管。此后，引起了人们广泛的兴趣和深入的研究。纳米碳管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高和界面效应强等特点，其顶端开口填充已用于高效催化载体、吸波材料等。近年来，已把碳管用于锂离子电池中作为负极材料，研究发现它具有高的可逆容量等优异的电极性能。目前，对碳电极材料的研究十分活跃，今后仍是锂离子电池研究的重点。 电解质材料主要采用锂盐和混合有机溶剂所组成的材料，如LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)+DME(二甲基乙二醇)、PC+DME、PC+DME+EC(碳酸乙烯酯)、EC+DEC(碳酸二乙酯)、LiAsF6/EC+THF(四氢呋喃)等。有些专家认为，LiClO4是强氧化剂，使用很不安全。PC在蓄电池中因反应性强，易进入碳夹层，用于锂离子电池也不可取。LiPF6是适宜的用盐，1～2 mol/L LiPF6/EC+DMC是理想的电解液〔11〕。电解质的稳定性也是当前研究锂离子蓄电池的一个关键技术。另外，提高锂离子电池的容量、电极循环寿命、电池的安全性、减小自放电和实现快充仍是今后锂离子电池研究的关键技术。3 展望近年来锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池，它的研究和开发已取得重大进展。但由于锂离子电池是一个涉及化学、物理、材料、能源、电子学等多学科的交叉领域，研制中还存在许多问题。运用传统的电化学研究方法结合现场、非现场的谱学方法等多种检测手段，对锂离子电池体系进行评价、优化设计，将会有力地推动锂离子电池的研究和应用。锂离子电池将是继镍镉、镍氢电池之后，在下世纪相当长一段时间内市场前景最好，发展最快的一种二次电池。参考文献1 Nagaura T,Tozawa Batts Sol Cells,1990(9):209～2172 李春鸿.电池，1996，26(6)：286～2903 Miure K,Yamada A,et Acta,1996,41:249～2564 Gao Y,Dahn J Soc,1996,143:100～1145 Saidi M Y,Barker J,et Acta,1996,41：199～2046 Rougier A,Gravereau P,et Electrochem Soc,1996,143:1168～11757 周恒辉，慈云祥等.化学进展，1998，10(1)：85～948 金属时评(日)，1993(1525)：29 Ohzuku T,Ueda A,et Acta,1993,38:1159～116710 任学佑.电池，1996，26(1)：38～4011 Main Trends in Li-Ion Battery,Techno Japan,1994,27(3):58～60
地球，是人类共有的家园，是人类生命的摇篮；环境，是人类赖以生存的场所，是生活资料的来源。因此，保护环境的问题，显得尤为重要。在这个信息技术爆炸的时代，层出不穷的科技产品让人眼花缭乱。高科技产品逐渐普及，进入寻常百姓家。然而，在使用产品的同时，我们也在污染着我们的环境。生活中广泛使用的电池：手机、文曲星，照相机，mp3等等，造成了不可估量的环境污染就是其中的一个例子。电池中含有汞、铅、镍、锰等多种重金属，若不经过回收和妥善处理，而将其随意丢弃于自然环境之中，有毒物质便会慢慢从电池中溢出进入土壤或水体之中，再通过食物链入人体中，在人体内长期积累而难以排除，以致损害我们的神经系统，肾脏和骨骼，甚至还能致癌，而生活中，我们常常忽视废旧电池的处理环节。随着电子产品使用的日益增加，电池的消费量迅速增加，对于废旧电池的回收与处理问题自然成了突出的问题。我校在申请“绿色学校”时，专门设置了“可回收”与“不可回收”两种回收箱提醒我，我能为废旧电池回收做点什么？为此我开展了一系列调查。1、关于废旧电池回收难的原因调查。如何才能降低废旧电池对环境的污染，我认为回收废旧电池是关键。而在实际生活中有许多棘手的问题需要解决，其中最主要的是：1、市民缺乏环境意识，电池使用者过于分散，这是造成废旧电池回收难的重要原因。2、政府的宣传和执法力度不强，修理废旧电池技术有限是造成废旧电池处理难的重要原因。首先，对一则引人深思的信息的反思。我从《人民日报》中得知：一位以自费回收废旧电池而闻名的新乡市个体工商户田桂荣，于1999年，在一个偶然的机会，从报纸上发现废旧电池对环境造成的危害，这则消息对她的震动很大，她联想到自己销出的数不清的电池会破坏家乡秀美的山川，从此，回收废旧电池成了她的一项业务。刚一开始没有人主动来送，她就拿出自己做生意赚来的钱，以每节2分钱的价格自费收购，新乡市的中小学校、机关、商店等地，留下了田桂荣宣传保护环境回收废旧电池的身影。为了引起人们对废旧电池的关注，她自费制作了数千面印有“以旧换新、拯救地球”字样的绿色环保小旗以及200多个废旧电池回收箱，放在人多的公共场所。在她的不懈努力下，不少新乡市民加入到回收废旧电池的行列。两三年时间，田桂荣回收的废旧电池达60多吨。 然而让她意想不到的是，废旧电池的处理比回收更难。为了给这些固体污染物找一个理想的“归宿”，田桂荣四处奔波，先是找到当地一家电池厂，该厂技术负责人告诉她，从效益角度看，回收处理1节旧电池比生产3节新电池的成本还高，这家企业不愿干这件事。她又找到省、市环保部门，甚至专程到北京找有关部门咨询。但问来问去，得到的答复都是：“受技术条件限制，目前无法处理”。 一方面，她回收的废旧电池处理不成；但另一方面，市民们送来的废旧电池越来越多。没有办法，她只好一车一车地把废旧电池送到离市区十多公里的乡下老家。目前，她位于新乡县合河乡范岭村的老家那漂亮的两层楼房里，装有废旧电池的纺织袋从屋里堆到院子。 针对她的烦恼，记者采访了新乡市环保局副局长陈奇。这位领导认为，废旧电池中所含重金属污染严重，对此科研部门早有定论。但由于技术条件的限制，对废旧电池的回收、处理和再利用，目前还做得很不够。如果采用混凝土浇注填埋，也有一个选址、建厂的问题，还要进行防渗处理，这需要有充裕的经费支持。无独有偶，中央台在今年暑假也报道了另外一则与田桂荣情境完全相同的新闻。可见,市民缺乏环境意识，这是造成我国当前废旧电池污染问题的重要原因。而政府部门滞后的措施和缺乏应有的处理技术，是造成废旧电池污染问题的另一个重要原因。其次，对引人注目的现实的调查结果的反思。利用节假日，我对温州市区一些公共场所就 “对废旧电池的回收活动”进行调查。调查发现，尽管在温州市区的一些商场、社区和学校已经开展了对废旧电池的回收活动，但由于种种原因，成效不大，回收率仅为1%—2%。我做过以下问卷调查，内容包括年龄，职业，使用电池的态度等。此次活动共发放110份问卷，有效答卷90份。具体如下：年龄（岁） 10~20 20~30 30~40 40~45 45~55 55以上 人数 18 25 16 12 11 8 职业 学生 教育界 政府机关 企事业单位 服务业 其他 人数 38 8 2 16 14 12 使用率（平均一星期） 1~3节 3~5节 5~7节 7节以上 使用的电池（节） 83 4 2 1 购买电池的地方 超市 附近小店 路边小摊49 34 7对电池危害的认识 很大 一般 不大 不知道34 42 11 3此外，对本人居住小区附近的调查表明：有收购废旧电池习惯的有25人，对于听说过收购废旧电池活动的有15人。他们中对于开展这种活动的态度积极的有33人。这些数据表明，人们还没有完全形成回收旧电池的观念，有一部分人对于回收废旧电池的观念还不是很强，也可以说是环保意识还不强！其次，我们的政府部门也没有做好这方面的工作—对废旧电池的危害认识还不强，我们的宣传力度还不够。为了做更深入的研究，我针对消费者喜欢购买便宜电池的心态，对“便宜电池”的“便宜”亲身实验了一回：在一些商场的出租柜台或街头的小地摊上，常常会看到那些所谓的“便宜电池”，花个十元钱，你就可以随便买15、16节了。这个价格比品牌电池便宜多了，因此买得人也很多。凭着好奇心，我分别从商场买来“双鹿电池”和从地摊上买来“人人抢购”的便宜电池。在相同的时间里，分别进行放电实验。一天内，同样用于手电筒的放电，“双鹿电池”的电量还有剩余，而那个便宜电池的电量早就没了。结果表明，这些所谓的便宜货，其实并不是货真价实的。而消费者只看表面现象：便宜，不过本质：污染，人为地增加了废旧电池污染。因为：全国现在每年电池的消费量为140亿节，如果大量使用假冒伪劣的便宜电池，就会多增加两个140亿节的废旧电池！而在国家还没有妥善的办法处理之前，劣质电池购买越多，污染就会越严重。为此，我呼吁有关生产便宜电池的厂家应立即停止生产，多生产和开发出一些无污染且电量足的电池来！我提醒电池消费者：请购买无污染的电池，或者买个充电电池。调查表明：国产充电电池的价格为13元一只，进口的也只要15元一只。虽然价格高一些，但可以反复充电200次至500次，平均使用一次的价格每节只有几分钱，比便宜电池更为便宜，比普通的电池更持久，更耐用，更重要的是更有利于保护人类环境不受污染。不要为了一点“利益”而破坏环境，得不偿失啊！2、解决电池回收难的问题的几点建议：我们认为废旧电池回收问题的解决应该统筹兼顾：提高人们的环境意识是基础，制定完备的法律法规，加大有关政府部门的宣传和执法力度是保障，加速废旧电池资源再生利用技术的研究是重要条件等。具体做法如下，在公共场合，可适当粘贴一些警示语，提高人们对环境的保护，以尽量少地使用电池，还可开展一些关于回收废旧电池的公益活动，鼓励人们积极参与；政府部门应对那些制造便宜电池的厂商进行教育或者勒令他们停止生产；研制废旧电池再利用技术，通过科学技术，降低废旧电池的再生产利用的生产成本，提高经济效益，从而变废为宝。解决电池的问题，不是一朝一夕的事，更不是单单靠政府部门的努力的。这是我们大家的事！电池问题的解决，也就相当于在环保方面做出了努力。作为中学生，作为21世纪的主人，我们更应该树立环保意识，身体力行，积极加入环保行列，不做破坏环境之事，多做有益环境之事，从回收废旧电池开始，从不买劣质电池做起，为处理废旧电池努力，好好学习有关知识，争取早日研制出处理废旧电池的最佳方式乃至技术，为21世纪的地球，天蓝地绿水常清尽一份责任！最后，我想说的是，地球母亲在呼唤，世界人民在呼唤，社会大家庭在呼唤，为了你的家人，朋友，自己，保护环境，刻不容缓！关注环境，从解决废旧电池问题开始！
在当今技术型社会发展中，电焊焊接技术在一些行业中的应用十分的广泛。我整理了电焊焊接技术论文，欢迎阅读!
摘要：在当今社会发展中，电焊焊接技术的应用非常的广泛，无论是在建筑工程项目中还是在工业生产当中，都极为常见，同时也它促使了各种不同类型和种类的电焊机具的优化和更新。基于这种社会背景下，做好电焊焊接技术研究深受社会各界人士重视，也是未来生产领域关注的核心内容。
关键词：焊接;金属;技术 焊接检测
1 焊接技术概论
焊接过程的物理本质
焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程.促使原子和分子之间产生结合和扩散的 方法 是加热或加压，或同时加热又加压。
焊接的分类
金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊，压焊和钎焊三大类。
熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率;又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。
压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。
钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。
焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。
现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。
搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中;焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。
未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源;运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制;研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机;在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。
2 焊接检测
焊接缺陷：焊接检测目的是发现焊接缺陷。焊接缺陷是指焊接接头中的不连续性、不均匀性以及 其它 各种不完整性，有时也叫焊接欠缺。我们介绍焊接缺陷几种常见的形式、形成原因和应对方法：
焊接变形和焊接应力。焊接接头局部位置加热与冷却是不均匀的，局部位置的各部分金属处于从液态→塑性状态→弹性状态的不同状态，并随着热源和温度的变化而发生变化，因而在焊接过程中产生了焊接变形和焊接应力。焊件降温到室温时留存在焊件中的变形和应力一般称为焊接残余变形和焊接残余应力。焊接变形会降低组装件装配质量、造成焊接错边、降低接头性能和结构承载能力，易产生附加应力，增加制造成本。其应对 措施 为合理设计、减少焊缝数量及尺寸、预留收缩量、反向变形、刚性固定等。焊接应力会降低结构强度、稳定性、疲劳强度，增加构件脆性断裂概率，减少焊接应力一般的方法有合理设计、减少焊缝尺寸和长度、避免焊缝过分集中、采用刚性较小的接头形式、缩小焊接区与结构整体的温差、采用合理的焊接顺序和方向等等。
气孔。在焊接区中分别来自焊接材料、空气、焊丝和母材表面杂质和高温蒸发形成的各种CO、CO2、H2、O2、N2气体未完全逸出，在金属凝固前残存于焊缝中形成了气孔。它会降低塑性和强度、减少焊缝有效截面积，引起泄漏，可以采取封闭焊接场所防止穿堂风、烘干焊条、清洁波口两侧、控制氩气流量、选择设备性能稳定且标定合格的焊接设备等措施来进行防治。
结束语
作为一种工业技术，焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。而在另一方面，金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中，焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。
摘要：垂直气电焊技术是一种大热输入的高效焊接工艺，具有焊接效率高，焊接热源集中等特点，是一种更加先进的焊接工艺 由于垂直气电焊焊接线能量大，因此在应用垂直气电焊等大热输出焊接工艺时，对钢材品质有更高的要求，具有巨大的发展空间钢因其具有热敏性小且低温高韧性的特点，采用垂直气电焊技术冲击性能更好，并且更加稳定，焊接质量好而且对大热输入的敏感性比较低，适合在垂直气电焊工艺中使用。
关键词：垂直气 电焊 技术
垂直气电焊技术是一种大热输入的高效焊接工艺，具有焊接效率高，焊接热源集中等特点，是一种更加先进的焊接工艺 由于垂直气电焊焊接线能量大，因此在应用垂直气电焊等大热输出焊接工艺时，对钢材品质有更高的要求，具有巨大的发展空间钢因其具有热敏性小且低温高韧性的特点，采用垂直气电焊技术冲击性能更好，并且更加稳定，焊接质量好而且对大热输入的敏感性比较低，适合在垂直气电焊工艺中使用。
1.垂直气电焊工艺
垂直气电焊技术简介
垂直气电焊设备主要由机头和靠永久磁铁吸附于钢板上并带齿条的铝合金导轨、水冷循环装置、半自动CO2焊接电源和送丝机构组成。焊枪和铜滑块装在小车上，沿着由磁性固定在钢板上的齿条导轨垂直向上运行，其正面用通水冷却的铜滑块，背面用固定的通水冷却铜衬垫或陶瓷衬垫，正反面强迫一次成形，可焊接板厚9-22mm。
垂直气电焊技术是一种大热输入的高效焊接工艺，具有焊接效率高，焊接热源集中等特点，可实现自动化焊接。与传统焊接工艺如埋弧自动焊手工电弧焊等相比，其焊接热源更加集中，焊接线能量比传统焊接工艺更大，是一种更加先进的焊接工艺。
由于垂直气电焊焊接线能量是传统焊接工艺的3～4倍，目前普通正火钢或轧制钢，采用垂直气电焊工艺会使得焊接接头脆化，降低接头的弹塑性，因此在应用垂直气电焊等大热输出焊接工艺时，对钢材品质有更高的要求。
垂直气电焊焊接设备主要由以下几部分组成：带齿条的靠永磁铁吸附在钢板上的铝合金导轨;机头;送丝机构;CO2半自动焊接电源;水冷循环装置;机头垂直气电焊工艺操作
影响垂直气电焊焊接性能的因素
焊前准备和焊接操作
焊前应首先检查全套设备的运行状况，若焊接时中途熄弧，必须对接头进行彻底修补。为保证随机头一起上升的铜滑块顺利畅通，板边差应控制在2mm以内，坡口两侧40mm范围内高出钢板表面的横向焊缝、增强高和马脚均须铲平，还应清除铁锈、水分、油污等，以免影响焊接质量。反面的衬垫应对中并贴紧钢板。为控制钢板在大线能量焊接状态下的焊接变形及装配间隙的收缩，装配马应保证一定的高度和宽度，装配马间距应在300-400mm范围内。
坡口角度和间隙
坡口角度的控制应随板厚而定，为了使坡口宽度与正面铜滑块的槽宽相适应，板厚增加，坡口角度应相对减小，20-25mm板厚的坡口角一般为35°-40°。间隙根据反面衬垫槽宽一般控制在(6±2)mm。间隙或坡口过小，不仅反面焊缝成形差，而且焊缝成形系数不良，影响接头性能。间隙或坡口过大，均会造成焊缝填充量的增多，焊接速度减慢，线能量增大，从而影响接头冲击韧性。
焊接电流和焊接电压
垂直气电焊采用焊材直径为φ16mm的药芯焊丝，且正反面焊缝一次成形，因此焊接规范比较大。根据不同板厚，焊接电流一般应控制在340-380A，过小会造成熔合不良，过大会导致电弧不稳。焊接电压过小，焊接过程中飞溅增多，且熔宽太窄，造成正面焊缝未熔合，若电压太大，易造成咬边。不同的药芯焊丝，因熔敷率不同，电流电压的匹配性也存在差异，应适当调整。
2.垂直气电焊技术在油田的应用
垂直气电焊技术在油田应用性能
随着钻采技术的不断发展，钻采设备的不断更新，对连续油管 高压喷射管滤砂管等钻采工具的焊接工艺有了新的要求，石油行业应用垂直自动气电焊技术，能够提高钻采设备的焊接质量和焊接效率，具有巨大的发展空间。
垂直气电焊的性能影响因素主要有：
电焊丝的伸出长度
垂直气电焊的机头上升的速度是依靠焊丝伸出长度来控制的，因此焊丝的伸出长度在固定焊枪位置的条件下就决定着熔池在焊接过程中的高低焊丝伸出过长会导致焊接性能下降，接头抗冲击韧性下降，甚至焊穿钢材;焊丝伸出过短会导致滑块气口堵塞甚至造成导电嘴短路适合的焊丝伸出长度应该在30～55mm的范围内。
焊接电压和电流
由于垂直气电焊正反面焊缝一次成型，其焊丝为直径药芯焊丝，因而其采用较大的焊接规范 焊接电流根据钢材厚度不同在340～380A之间适当选择，电压与电流之间应合理匹配。
焊丝摆动和焊丝停留时间
对于厚度不同的钢材应有不同的摆动和停留时间，摆动幅度和停留时间视电弧位置而定 合理的摆动和停留能够有利于焊接性能的提高钢材特性焊接接头的焊接性能主要由钢材的性能而定。
不同钢材的垂直气电焊焊接效果
采用垂直气电焊技术，对国产正火钢、国产TMCP钢进行垂直气电焊实验，钢较正火钢相比，其冲击性能更好，并且更加稳定，焊接质量好而且对大热输入的敏感性比较低具有低温高韧性的特点，适合在垂直气电焊工艺中使用。
3.结论
垂直气电焊是一种可实现自动化的大热输入的高效焊接工艺，是比传统埋弧自动焊手工电弧焊焊接热源更集中，焊接线能量更大，更加高效的先进工艺本文通过研究石油行业垂直自动气电焊的应用，分析其影响因素，同时分析不同钢材的垂直气电焊焊接情况，进一步指出TMCP钢因其具有热敏性小且低温高韧性的特点，适合在垂直气电焊工艺中使用。
参考文献
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焊接是一种连接金属或热塑性塑料的制造或雕塑过程。这是我为大家整理的材料焊接技术论文，仅供参考!
高强材料的焊接浅析
摘要：在现代工业中，高强材料越来越占有重要的地位，但其焊接时的焊接裂纹、脆化、软化等现象，给安全生产与产品的使用效率带来了隐患。为此，笔者根据自身学习与实践经历，就高强材料尤其是高强钢的焊接特性进行分析阐述。
关键词：高强材料;焊接;特性
一、高强材料概况
在当前的管道、容器中，高强材料越来越占有重要的地位。当中最重要的，是将钢里除碳意外添加一类或多类合金成分(合金成分的比例低于百分之五)，用来加强钢的强度，将钢的强度提高到275MPa或更高，并产生更优的综合质量，此种钢被称为高强钢，它的基本优点为强度高、塑性与韧性也优于普通钢。根据钢的屈服强度的程度和热处理时的特性，高强钢总体上有两种。
热轧、正火钢，其屈服强度处于294Mpa～490MPa间，而利用状态是热轧、正火与控轧，在类别上是非热处理强化钢，该种钢的现实中使用的最为常见。
调质钢，其屈服强度处于490Mpa～980Mpa间，通常在调质状态中应用，在类别上是热处理强化钢。该种刚的特性是不烦强度高，而且塑性与韧性比较好，能够直接于调质时进行焊接。所以，这中调质钢在使用中越来越普及。
现在常使用的高强钢，钢板牌号包含以下几种：16MnR、15MnVR、13MnNiMoNbR、18MnMoNbR;锻件牌号包含以下几种：16Mn、15MnV、20MnMo、20MnMoNb。
二、高强钢的焊接特性
高强钢中碳含量通常不高于，合金成分的总量通常不高于5%。因为高强钢包含一些的合金成分，使它的焊接性和别的材料有一些不同，具体焊接特性有以下几点：
1、焊接时的焊接裂纹
(1).高强钢因为使用了让钢强度增加的碳、锰等元素成分，当焊接的时候往往产生淬硬，而产生的硬化部分往往很敏感，所以，当刚性过强与拘束应力较强的状态下，如果焊接方式有问题，就会造成冷裂纹。加上这中裂纹存在较长的延迟，容易造成较大的危害。
(2).再热裂纹为在焊作业完成后，慢慢去掉应力热的过程中，或较长时间在高温状态下于临近熔合线粗晶部位造成的沿晶开裂。通常认为，此类裂纹造成的原因，是因为焊接高温导致HAZ旁边的V、Nb、Cr、Mo等元素固溶在了奥氏体内，焊接完成后进行，但没有完全析出，而是在PWHT的时候呈弥散状态析出，所以强化了晶内，将应力在松弛的时候产生的蠕变变形汇聚在了晶界。
高强钢在焊接的时候，通常不会造成再热裂纹，例如16MnR、15MnVR之类。然而对Mn-Mo-Nb与Mn-Mo-V等类别的高强钢，因为Nb、V、Mo等成分比较敏感，是造成再热裂纹的常见因素，所以这些高强钢与焊接完成后实施热处理时，需要特别回避容易造成再热裂纹的温度范围，以免造成再热裂纹。
2、焊接部位的脆化与软化
(1).应变时效脆化。焊接部位于焊接前要进行各种冷处理(如钢板的剪切、管道筒罐的卷圆)，材料会导致有所变形，要是变形的部位再收到200至450℃的热作用，可能造成应变时效，继而产生脆化，往往导致材料的塑性减弱，因此造成钢材的脆断。
PWHT能够减弱焊接时产生应变时效，将韧性一定程度上恢复。1998年制定的《钢制压力容器》中明确规定，筒状钢材的厚度要达到下列标准：碳素钢达到的的厚度不能低于圆筒内部直径的百分之三;别的钢的达到的厚度不能低于内部直径的百分之二点五。而且，那些冷成形与中温成形中制作的受压产品，要在成形之后实施热处理。
(2).焊缝与热影响区产生的脆化。对材料进行焊接时，加热与冷却往往不会十分均匀，便会产生不均匀的结构。焊缝与热影响区具有一定的脆性，这是是焊接接头里最薄弱的地方。焊接线的能量强度会对高强钢WM与HAZ性能产生较大影响，高强钢容易淬硬，线能量如果不高，HAZ会产生马氏体造成裂纹;线能量如果过高，WM与HAZ产生粗糙的晶粒，会造成焊接部位的脆化。线能量如果过高，调质钢而造成的HAZ脆化现象尤其明显。因而焊接作业时，要把线能量控制于合适的度量。
(3).焊接部位的热影响区产生的软化。因为焊接时的热作用，会造成部分地区强度降低，形成了一定的软化带。HAZ区的结构软化会因为焊接线热度的提升与预热温度的提升而恶化，不过通常的软化区的性能还是能够达到规定标准值的最低标准，因而这些钢材地热影响部位产生的软化现象，如果做到工艺合适，就不会降低焊接部位的正常使用。
三、当代新式高强材料的焊接特性
1、高强管线钢
高强管线钢指X70以上的钢级，至尽为止，X80是已建管线钢中使用的强度最高的管线钢。加拿大Ipsco钢铁公司在1998年年报中明确指出，该公司已成功进行了X90和X100SSAW钢管试生产，最终目标是生产各种规格的X100钢管。日本NKK、住友金属、新日铁、川崎制铁及欧洲钢管公司也相继研制成功X90和X100UOE钢管，正在研制X120钢管。
为保障管线的安全可靠性，在提高强度的同时，必须相应提高韧性。特别是高压输气用钢管，必须有很高的CVN。超贝氏体和超马氏体被誉为21世纪的管线钢，其钢级为X80～X100(贝氏体)、X100～X120(马氏体)。在成分设计上，大体上都是(超)的Mn-Nb-Ti系或Mn-Nb-V(Ti)系，有的还加入Mo、Ni、Cu等元素，因此，热影响区的韧性不会比较低强度的管线钢差，冷裂纹敏感性不大。对于强度高于600MPa的钢，焊接时要特别关注WM冷裂纹问题，尤其是现场对接环焊缝必须采用超低氢焊接材料。
2、超细晶粒钢
上世纪90年代，世界主要产钢国相继开展了新一代钢铁材料的研究，其中，尤以日本的“超级钢“计划、中国的“新一代钢铁材料重大基础研究”和韩国的“21世纪高性能结构钢”引起世界钢铁界的瞩目和热情参与。
在新一代钢铁材料的研究中，最引人注目的是超细晶粒的研究，通过超细晶粒(最小1mm)实现强度翻番的目标。超细晶粒钢焊接的最大问题就是HAZ的晶粒长大倾向，为解决这一问题，须采用激光焊、超窄间隙MAG焊、脉冲MAG焊等低热输入焊接方法。
参考文献
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[3]栗卓新,刘秀龙,李虹,李国栋.高强钢焊材及焊接性的国内外研究进展[J].新技术新工艺,2007,(05).
试论焊接技术
摘 要：焊接是一种连接金属或热塑性塑料的制造或雕塑过程。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。今天，随着焊接机器人在工业应用中的广泛应用，研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，以进一步提高焊接质量。
关键词：焊接;金属;能量;技术
1、焊接技术概论
焊接过程的物理本质
焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程.促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压,或同时加热又加压。
焊接的分类
金属的焊接,按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类。
熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率;又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。
压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。
钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。
焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。
现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。
搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中;焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。
未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源;运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制;研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机;在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。
2、焊接-工业艺术
焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。而在另一方面，金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中，焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。本文对这一技术的出现与运用进行了分析。
艺术创造与工艺方法永远是密不可分的。作为一种工业技术，焊接的出现迎合了金属艺术发展对新的工艺手段的需要。而在另一方面，金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中，焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。金属焊接艺术可以作为一种相对独立的艺术形式以分支的方式从传统的金属艺术中分离出来，这是因为焊接具有艺术性。
焊接可以产生丰富的艺术创作的表现语言。
焊接通常是在高温下进行的，而金属在高温下会产生许多美妙丰富的变化。金属母材会发生颜色变化和热变形(即焊接热影响区) ;焊丝熔化后会形成一些漂亮的肌理;而焊接缺陷在焊接艺术中更是经常被应用。焊接缺陷是指焊接过程中,在焊接接头产生的不符合设计或工艺要求的缺陷。其表现形式主要有焊接裂纹、气孔、咬边、未焊透、未熔合、夹渣、焊瘤、塌陷、凹坑、烧穿、夹杂等。这是个十分有趣的现象 :焊接的艺术性通常体现在一些工业焊接的失败操作之中，或者说蕴藏于一些工业焊接极力避免的焊接缺陷之中。其次，焊接艺术语言是独特的。选用不同的金属材料，使用不同的焊接工艺，焊接的艺术性可以在不同的金属艺术形式中发挥得淋漓尽致。
在焊接雕塑作品中,焊缝和割痕不是作为一种技术加工的痕迹被动地存在，而是以一种精彩的、不可或缺的表现语言着力地加以体现的。一件焊接雕塑，粗的焊缝裸露在雕塑表面，各种不规则的切割痕迹也变成了艺术家优美的艺术语言在很多情况下，由于焊接雕塑所追求的粗糙质朴的风格，金属的锈蚀、瑕疵也大多根据作品的需要特意保留，因此，在焊接雕塑中常常可以感觉到一种非雕琢的、原始的美。雕塑下部的钢板拼接处的焊缝很粗大，从焊接工艺的牢固性来看，这显然不仅仅是出于对雕塑结实程度的考虑，在这件雕塑中，下部几条扭曲的焊缝已经作为雕塑整体审美的一个重要因素而成为其不可缺少的一部分。从雕塑整体来看，不论是上半部分的文字造型，还是下半部分的肌理处理，到处有扭曲的焊接痕迹的出现，整个作品达到了整体视觉语言的统一。 手工等离子切割的方法，利用切割时电流的热量，使切割边缘产生热影响区，这样就给亮白色的不锈钢“染”上了一圈略带渐变的色彩。同时，通过对焊接规范的调节，割枪喷出的强烈气流会在切割钢板熔化的瞬间在切割边缘“吹”起一圈随机形成的肌理，在切割完成金属冷却后，固化为一道美丽的割痕，与中间平坦光亮的不锈钢板材形成了质感的对比。这种随机效果的形成过程带有一定的偶然性，但又是在一定的焊接规范下必然产生的现象。从尺寸的角度考虑，尺寸较大的焊接艺术壁饰可采用半自动CO2气体保护焊，较小的可采用手工钨极氩弧焊。
如果把一幅壁饰作品看成一幅画的话，画面中的点、线、面、黑、白、灰甚至颜色的处理都可以通过焊接的方法来实现。各种型号、各种材质的金属丝，应用不同的焊接工艺会在画面上以不同的形式出现。不同金属的颜色不同，不锈钢的亮银色、铝材的亚银色、碳钢的乌亮色，钛钢、青铜、紫铜、黄铜而且就钢材来说，不同的钢材在高温受热时会出现不同的颜色变化,即焊接热影响区不同。另外，切割也是焊接艺术壁饰创作的方法之一，既可以与焊接结合使用，也可以单独使用，这完全取决于创作者的创作意图和对工艺与效果的掌握程度。以上所述的这些方法综合起来，变化的丰富可想而知。
3、焊接作业中发生火灾、爆炸事故的原因
焊接切割作业时，尤其是气体切割时，由于使用压缩空气或氧气流的喷射，使火星、熔珠和铁渣四处飞溅(较大的熔珠和铁渣能飞溅到距操作点5m以外的地方)，当作业环境中存在易燃、易爆物品或气体时，就可能会发生火灾和爆炸事故。
在高空焊接切割作业时，对火星所及的范围内的易燃易爆物品未清理干净，作业人员在工作过程中乱扔焊条头，作业结束后未认真检查是否留有火种。
气焊、气割的工作过程中未按规定的要求放置乙炔发生器，工作前未按要求检查焊(割)炬、橡胶管路和乙炔发生器的安全装置。
4、焊接作业中发生火灾、爆炸事故的防范措施
焊接切割作业时，将作业环境lOm范围内所有易燃易爆物品清理干净，应注意作业环境的地沟、下水道内有无可燃液体和可燃气体，以及是否有可能泄漏到地沟和下水道内可燃易爆物质，以免由于焊渣、金属火星引起灾害事故。
高空焊接切割时，禁止乱扔焊条头，对焊接切割作业下方应进行隔离，作业完毕应做到认真细致的检查，确认无火灾隐患后方可离开现场。
应使用符合国家有关标准、规程要求的气瓶，在气瓶的贮存、运输、使用等环节应严格遵守安全操作规程。
对输送可燃气体和助燃气体的管道应按规定安装、使用和管理，对操作人员和检查人员应进行专门的安全技术培训。
焊补燃料容器和管道时，应结合实际情况确定焊补方法。实施置换法时，置换应彻底，工作中应严格控制可燃物质的含影实施带压不置换法时，应按要求保持一定的电压。工作中应严格控制其含氧量。要加强检测，注意监护，要有安全组织措施。
作为一种工业技术,焊接的出现迎合了金属艺术发展对新工艺手段的需要。而在另一方面,金属在焊接热量作用下所产生的独特美妙的变化也满足了金属艺术对新的艺术表现语言的需求。在今天的金属艺术创作中,焊接可以而且正在被作为一种独特的艺术表现语言而着力加以表现。
上述种种焊接缺陷的表现形式以及焊接热影响区,是通过一定规范下的焊接操作形成的,也只有通过焊接的方式才会产生这些艺术语言。焊接艺术作品的表面效果是其它金属加工工艺无法或者很难实现的,因而说焊接艺术具有独特的艺术性。
现如今，随着社会经济发展，机器人开始被广泛应用于各行各业中，替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动，能减轻人们的工作负担。下面是由我整理的工业机器人技术论文 范文 ，希望能对大家有所帮助！工业机器人技术论文范文篇一：《浅谈工业机器人在工业生产中的应用》 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。就工业机器人在工业生产中的应用进行探讨。 关键词：工业机器人 应用 工业 1 引言 工业机器人最早应用于汽车制造工业，常用于焊接，喷漆，上、下料和搬运。工业机器人延伸和扩大了人的手、足和大脑功能，它可代替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。工业机器人与数控加工中心、自动搬运小车以及自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。 2 工业机器人的主要运用 (1)恶劣工作环境及危险工作军事领域及核工业领域有些作业是有害于人体健康并危及生命，或不安全因素很大而不宜由人去做的作业，用工业机器人去做最合适。例如核工厂设备的检验和维修机器人，核工业上沸腾水式反应堆燃料自动交换机。 (2)特殊作业场合和极限作业火山探险、深海探密和空间探索等领域对于人类来说是力所不能及的，只有机器人才能进行作业。如航天飞机上用来回收卫星的操作臂;用于海底采矿和打捞的遥控海洋作业机器人。 (3)自动化生产领域早期的工业机器人在生产上主要用于机床上、下料，点焊和喷漆。用得最多的制造工业包括电机制造、汽车制造、塑料成形、通用机械制造和金属加工等工业。随着柔性自动化的出现，机器人在自动化生产领域扮演了更重要的角色。下面主要针对工业机器人在自动化生产领域的应用进行简单介绍。 焊接机器人 点焊机器人工业机器人首先应用于汽车的点焊作业，点焊机器人广泛应用于焊接车体薄板件。装焊一台汽车车体一般大约需要完成3000～4000个焊点，其中60%是由点焊机器人来完成的。在有些大批量汽车生产线上，服役的点焊机器人数量甚至高达150多台。 点焊机器人主要性能要求：安装面积小，工件空间大;快速完成小节距的多点定位;定位精度高(土0 .25 mm )，以确保焊接质量;持重大(490～980N ) ，以便携带内装变压器的焊钳;示教简单，节省工时。 弧焊机器人 弧焊机器人应用于焊接金属连续结合的焊缝工艺，绝大多数可以完成自动送丝、熔化电极和气体保护下进行焊接工作。弧焊机器人应用范围很广，除汽车行业外，在通用机械、金属结构等许多行业中都有应用。弧焊机器人应是包括各种焊接附属装置在内的焊接系统，而不只是一台以规划的速度和姿态携带焊枪移动的单机。如图1所示为弧焊机器人的基本组成。适合机器人应用的弧焊 方法 主要有惰性握体保护焊、混合所体保护焊、埋弧焊和等离子弧焊接。 1-机器人控制柜2-焊接电源3-气瓶4-气体流量计5-气路6-焊丝轮7-柔性导管8-弧焊机器人9-送丝机器人10-焊枪11-工件电缆12-焊接电缆13-控制电缆 图1 弧焊机器人系统的基本组成 弧焊机器人的主要性能要求：在弧焊作业中，要求焊枪跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊道。因此，运动过程中速度的稳定性和轨迹是两项重要指标，一般情况下，焊接速度约取5～50 mm/s ，轨迹精度约为.2 ～ ) mm;由于焊枪的姿态对焊缝质量也有一定影响，因此希望在跟踪焊道的同时，焊枪姿态的可调范围尽量大。此外，还有一些其他性能要求，这些要求包括：设定焊接条件(电流、电压、速度等)、抖动功能、坡口填充功能、焊接异常检测功能(断弧、工件熔化)及焊接传感器(起始焊点检测，焊道跟踪)的接口功能。 喷漆机器人 喷漆机器人广泛应用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷漆作业。喷漆机器人在使用环境和动作要求上有如下特点： (1)工作环境空气中含有易爆的喷漆剂蒸气; (2)沿轨迹高速运动，途经各点均为作业点; (3)多数被喷漆部件都搭载在传送带上，边移动边喷漆。如图2所示为关节式喷漆机器人。 搬运机器人 随着计算机集成制造技术、物流技术、自动仓储技术的发展，搬运机器人在现代制造业中的应用也越来越广泛。机器人可用于零件的加工过程中，物料、工辅量具的装卸和储运，可用来将零件从一个输送装置送到另一个输送装置，或从一台机床上将加工完的零件取下再安装到另一台机床上去。 装配机器人 装配在现代工业生产中占有十分重要的地位。有关资料统计表明，装配劳动量占产品生产劳动量的50%～60%，在有些场合，这一比例甚至更高。例如，在电子器件厂的芯片装配、电路板的生产中，装配劳动量占产品生产劳动量的70 %～80%。因此，用机器人来实现自动化装配作业是十分重要的。 机器人柔性装配系统 机器人正式进入装配作业领域是在“机器人普及元年”的1980年前后，引人装配作业的机器人在早期主要用来代替装配线上手工作业的工序，随后很快出现了以机器人为主体的装配线。装配机器人的应用极大地推动了装配生产自动化的进展。装配机器人建立的柔性自动装配系统能自动装配中小型、中等复杂程度的产品，如电机、水泵齿轮箱等，特别适应于中小批量生产的装配，可实现自动装卸、传送、检测、装配、监控、判断、决策等机能。 机器人柔性装配系统通常以机器人为中心，并有诸多周边设备，如零件供给装置、工件输送装置、夹具、涂抹器等与之配合，此外还常备有可换手等。但是如果零件的种类过多，整个系统将过于庞大，效率降低，这是不可取的。在机器人柔性装配系统中，机器人的数量可根据产量选定，而零件供给装置等周边设备则视零件和作业的种类而定。因此，和装配线比较，产量越少，机器人柔性装配系统的投资越大。 3 结束语 工业机器人是以机械、电子、电子计算机和自动控制等学科领域的技术为基础，融合而成的一种系统技术;也可说是一门知识、技术密集的，多学科交叉的综合化的高新技术。随着这些相关学科技术的进步和发展，工业机器人技术也一定会到迅速发展和提高。 工业机器人技术论文范文篇二：《探讨工业机器人的发展趋势》 摘 要 随着社会经济发展，机器人开始被广泛应用于各行各业中，替工人进行一些复杂、繁重的体力劳动。目前，机器人是一种制造业与自动化设备中的典型代表，这将会是人造机器的“终极”版。它的应用已经涉及信息化、自动化、智能化、传感器与知识化等多个学科和领域，这是目前，是我国乃至世界高新技术成果的最佳集成，因此，它的发展是与许多学科的发展有着密切的联系。以现在的发展趋势来看，工业机器人的应用范围越来越广泛，同时在技术操作中，他也变得越来越标准化、规范化，提高工业机器人的安全性。另一方面，工业机器人发展越来越微型化、智能化，在人类生活中应用越来越广泛。 关键词 工业机器人 智能化 应用领域 安全性 随着社会复杂的需求，工业机器人在应用领域中越来越广泛。一方面，工业机器人被广泛应用于工业生产中，代替工人危险、复杂、单调的长时间的作业，例如在机械加工、压力铸造、塑料制品成形及金属制品业等各种工序上，同时还应用于原子能工业等高危险的部门，这已经在发达国家中应用比较广泛。另一方面，工业机器人在其他的领域应用也比较多，随着科学技术的飞速发展，提高了工业机器人的使用性能和安全性能，其应用的范围越来越广泛，应用的范围已经突破了工业，尤其在医疗业中应用比较好。 一、工业机器人的发展历程 第一代机器人，一般指工业上大量使用的可编程机器人及遥控操作机。可编程机器人可根据操作人员所编程序完成一些简单重复性作业。遥控操作机制每一步动作都要靠操作人员发出。1982年，美国通用汽车公司在装配线上为机器人装备了视觉系统，从而宣告了第二代机器人―感知机器人的问世。这代机器人，带有外部传感器，可进行离线编程。能在传感系统支持下，具有不同程度感知环境并自行修正程序的功能。第三代机器人为自治机器人，正在各国研制和发展。它不但具有感知功能，还具有一定决策和规划能力。能根据人的命令或按照所处环境自行做出决策规划动作即按任务编程。 我国机器人研究工作起步较晚，从“七五”开始国家投入资金，对工业机器及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发和研制。1986 年国家高技术研究发展计划开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。 我国工业机器人起步于70年代初期，经过30多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。 上世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星。世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。 进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。 从90年代初期起，中国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。 我国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展，工业机器人市场也已经成熟，应用上已经遍及各行各业。 我国未来工业机器人技术发展的重点有：第一，危险、恶劣环境作业机器人：主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二，医用机器人：主要有脑外科手术辅助机器人，遥控操作辅助正骨等;第三，仿生机器人：主要有移动机器人，网络遥控操作机器人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。 二、工业机器人的发展趋势 机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：一是工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。二是机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。三是工业机器人控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化;器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。四是机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。五是机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的 热点 之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为 灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。 三、我国工业机器人发展面临的挑战与前景 我国工业底子薄，工业机器人发展一直处于一个初步发展阶段，虽然我国从上个世纪70年代开始研发工业机器人，但是技术力量不足与西方国家的技术封锁，对此，在发展过程中，存在着比较多的问题。细分起来，有如下几点： 首先，我国基础零部件制造能力差。虽然我国在相关零部件方面有了一定的基础，但是无论从质量、产品系列全面，还是批量化供给方面都与国外存在较大的差距。特别是在高性能交流伺服电机和精密减速器方面的差距尤其明显，因此造成关键零部件的进口，影响了我国机器人的价格竞争力。 第二，我国的机器人还没有形成自己的品牌。虽然已经拥有一批企业从事机器人的开发，但是都没有形成较大的规模，缺乏市场的品牌认知度，在机器人市场方面一直面临国外机器人品牌的打压。国外机器人作为成熟的产业采用整机降价，吸引国内企业购买，而在后续的维护备件费用很高的策略，逐步占领中国市场。 第三，认识不到位，在鼓励工业机器人产品方面的政策少。工业机器人的制造及应用水平，代表了一个国家的制造业水平，我们必须从国家高度认识发展中国工业机器人产业的重要性，这是我国从制造大国向制造强国转变的重要手段和途径。□ 参考文献： [1]任俊.面向熔射快速制模的机器人辅助曲面自动抛光系统的研究.华中科技大学，2006年. [2]钟新华，蔡自兴，邹小兵.移动机器人运动控制系统设计及控制算法研究.华中科技大学学报(自然科学版)，2004年S1期. [3]张中英.基于遗传算法的机器人神经网络控制系统.太原理工大学，2005年. [4]李磊，叶涛，谭民，陈细军.移动机器人技术研究现状与未来.机器人，2002年05期. [5]杜玉红，李修仁.生产线组装单元气动搬运机械手的设计.液压与气动，2006年05期. [6]徐晓峰.基于串行通信技术的机器人实时控制研究.南京林业大学，2005年. 工业机器人技术论文范文篇三：《试论工业机器人机电一体化》 1机电一体化技术的应用现状 工业机器人。 工业机器人的出现在一定程度上可替代人的劳动，对于高辐射、高噪声污染、高浓度有害气体的工作场合来说，工业机器人是一个理想的选择。工业机器人的发展经历了三个阶段，第一代工业机器人智能化程度较低，只能通过预设的程序进行简单的重复动作，无法应对多变的工作环境和工作岗位。随着科技的发展，在第一代机器人的基础上通过各种传感器的应用使其可通过对环境信息的获取、分析、处理并反馈给动作单元，从而进行一些适应性的工作，这种机器人虽然智能化程度较低，但已经在一些特定的领域得以成功应用。在机电一体化技术相对成熟的今天，第三代机器人的智能化水平已经得到了较大的提升，其可以通过强大的传感原件收集信息数据，并根据实际情况作出类似于人脑的判断，因此可以在多种环境下进行独立作业，但成本较高，在一定程度上限制了实际应用。 分布式控制系统。 分布式控制系统是相对于集中式控制系统而言的，是通过一台中央计算机对负责现场测控的多台计算机进行控制和指挥，由于其强大的功能和安全性，使其成为当前大型机电一体化系统的主流技术。根据实际情况分布式控制系统的层级可分为两级、三级或更多级，通过中央计算机完成对现场生产过程的实时监控、管理和操作控制等，同时，随着测控技术的不断发展与创新，分布式控制系统还可以对生产过程实现实时调度、在线最优化、生产计划统计管理等功能，成为一种集测、控、管于一体的综合系统，具有功能丰富、可靠性高、操作方便、低故障率、便于维护和可扩展等优点，因此使系统的可靠性大幅提高。 2机电一体化技术的发展趋势 人工智能化。 人工智能就是使工业机器人或数控机床模拟人脑的智力，使其在生产过程中具备一定的推理判断、 逻辑思维 和自主决策的能力，可大幅提升工业生产过程的自动化程度，甚至实现真正的无人值守，对于降低人力成本，提高加工精度和工作效率具有十分重要的意义。目前，人工智能已经不只是停留在概念上，因此可预见机电一体化技术将向着人工智能化的方向发展。虽然以当前的科学技术水平不可能使机器人或数控机床完全具备人类的思维模式和智力特点，但在工业生产中，使这些机电一体化设备具备部分人类的职能是完全可以通过先进的技术达到的。 网络化。 网络技术 的发展给机电一体化设备远程监视和远程控制提供了便利条件，因此，将网络技术与机电一体化技术结合起来将是机电一体化技术发展的重点。在生产过程中，操作人员需要在车间内来回走动，对设备的状态进行掌握，并对机床的操作面板进行操作，通过在机电一体化设备与控制终端之间建立通信协议，并通过光纤等介质实现信息数据的传递，即可实现远程监视和操作，降低工人的劳动量，并且各种控制系统功能的实现，理论上来说都是建立在网络技术基础上的。 环保化。 在人类社会发展的最近几十年里，虽然经济得到了迅猛的发展，人们生活水平得到了显著的提高，然而以牺牲资源和环境为代价的发展模式使得人类赖以生存的环境遭到严重的污染，因此，在可持续发展战略提出的今天，发展任何技术都应当以对环境友好作为前提，否则就是没有前途的，故环保化是机电一体化技术发展的必然趋势。在机电一体化应用过程中，通过对资源的高效利用，并在制造过程中做到达标排放甚至零排放，产品在使用过程中对生态环境不造成影响，即便报废后也可对其进行有效回收利用，这就是机电一体化技术环保化的具体表现形式，符合可持续发展的要求。 模块化。 由于机电一体化装置的制造商较多，为降低系统升级改造的成本，并为维修提供便利，模块化将是一个非常有前途的研究方向。通过对功能单元进行模块化改造，可在需要增加或改变功能时直接将对应的功能模块进行组装或更换，即便出现故障，只需将损害的模块进行更换即可，工作效率极高，通用性的增强为企业节约了大量的成本。 自带能源化。 机电一体化对电力的要求较高，如果没有充足的电能供应就会影响生产效率，甚至由于停电造成数据的丢失等，因此通过设备自带动力能源系统可始终保持充足的电力供应，使系统运行更流畅。 3结语 综上所述，机电一体化技术的应用可使产品的生产效率和精度大幅提高，在当前工业生产中具有较大的技术优势，相信随着科技的发展，机电一体化技术水平也会不断提高，为工业生产做出更大贡献。 猜你喜欢： 1. 初三机器人科学论文2000字 2. 工业智能技术论文 3. 传感器技术论文范文 4. 机器人科技论文3000字 5. 初三智能机器人科技论文2000字 6. 人工智能机器人的相关论文