锂离子液流电池电极悬浮液研究进展

锂离子液流电池将锂离子电池的工作原理与传统液流电池的结构特点相结合,是一种正处于基础技术开发阶段的新型电化学储能电池技术,具有输出功率和储能容量彼此独立、成本较低等特点,适用于未来电网储能领域。电极悬浮液作为实现锂离子液流电池充放电功能的主体材料,其导电性能和流动性能是影响锂离子液流电池倍率特性和能量密度的重要因素。论文结合实验数据对该方向面临的主要技术问题及研究重点进行了分析,认为电极悬浮液的研究需要从导电机理、质量比容量、流变性能等方面进一步深入研究,并建立标准评价体系。     

Research progress of electrode suspensions of lithium-ion flow batteries

锂离子液流电池将锂离子电池的工作原理与传统液流电池的结构特点相结合,是一种正处于基础技术开发阶段的新型电化学储能电池技术,具有输出功率和储能容量彼此独立、成本较低等特点,适用于未来电网储能领域。电极悬浮液作为实现锂离子液流电池充放电功能的主体材料,其导电性能和流动性能是影响锂离子液流电池倍率特性和能量密度的重要因素。论文结合实验数据对该方向面临的主要技术问题及研究重点进行了分析,认为电极悬浮液的研究需要从导电机理、质量比容量、流变性能等方面进一步深入研究,并建立标准评价体系。     

Applications of carbon nanotubes in the lithium-ion batteries

碳纳米管因具有优异的电导率、热导率、力学性能以及独特的结构形貌,被用于改进锂离子电池性能。该文总结了近年来碳纳米管作为锂离子电池的添加剂、电极材料复合基体以及集流体的最新研究进展,重点介绍了最新的碳纳米管作为电极材料添加剂的使用方法、碳纳米管与电极材料的不同复合方法及其对锂离子电池容量性能、倍率性能以及循环寿命的影响。同时指出了碳纳米管在锂离子电池中大规模应用时需要克服的问题,如降低碳纳米管的制备成本、开发适用于工业生产的复合技术、改善碳纳米管的分散性能等。     

全固态锂离子电池关键材料研究进展

全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液,有望从根本上解决电池安全性问题,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。为了实现大容量化和长寿命,从而推进全固态锂离子电池的实用化,电池关键材料的开发和性能的优化刻不容缓,主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态锂离子电池的高能量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。本文以全固态锂离子电池关键材料为出发点,综述了不同类型的固态电解质和正负极材料性能特征以及电极/电解质界面性能的调控和优化方法等,阐述了未来全固态锂离子电池关键材料的发展方向以及界面问题的解决思路,为探索全固态锂离子电池产业化前景奠定基础。     

Fundamental scientific aspects of lithium batteries (V)----Interfaces

电池中固液界面的性质对锂离子电池充放电效率,能量效率,能量密度,功率密度,循环性,服役寿命,安全性,自放电等特性具有重要的影响.对界面问题的研究是锂离子电池基础研究的核心.本文小结了 锂离子电池电极表面固体电解质中间相(SEI)形成机理及对其组成结构的认识,介绍了近年来对锂离子输运机制,SEI膜改性研究以及透射电镜(TEM)及原子力显微镜(AFM)中力曲线等实验技术来分析SEI膜的形貌,厚度,覆盖度及力学性能等实验方法.     

The technical route exploration of lithium ion battery with high safety and high energy density

发展高比能动力锂离子电池是新能源汽车,特别是纯电动汽车实现长续航里程的关键手段之一,然而,随着电池能量密度的不断提高,电池的循环寿命和安全性能就会受到影响。本文以能量密度300W·h/Kg单体电池为对象,从材料体系的选择、电芯结构设计以及系统安全防护措施等多维度展开论述,探究了高安全高比能动力锂离子电池系统技术路线。     

Research progress on capacitive lithium-ion battery

锂离子电池具有高的能量密度,而超级电容器则以高功率密度和长循环寿命为突出优势。电容型锂离子电池是在锂离子电池的正极中加入部分电容炭材料,在不显著降低能量密度的情况下,大幅度改善锂离子电池的功率特性和循环寿命,从而实现电容与电池技术的融合。本文综述了国内外近年来在电容型锂离子电池领域的最新研究进展,介绍了主要的电容型锂离子电池体系及其性能特点,并对其未来发展方向进行了展望。     

锂离子电池用无溶剂干法电极的制备及其性能研究

采用无溶剂电极制备技术成功制备了锂离子电池用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2干法电极片,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对干法电极片的形貌和元素分布进行了分析测试,通过倍率充放电、交流阻抗、循环充放电等测试手段研究了干法电极片的电化学性能.结果表明:纤维状PTFE广泛地分布在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2活性物质颗粒的周围,在干法电极内部形成了一个致密、完整、柔性的网状黏结剂结构;电极循环500圈后,容量保持率为94.89％,循环性能明显优于传统的湿法涂布电极.500圈循环后的电极片内部仍保持着稳定的网状黏结剂结构,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2活性物质颗粒表面的裂隙显著少于湿法涂布电极,表明由PTFE纤维构成的三维网络结构能够有效地改善电极片的抗劣化性能.由于干法电极技术在制备过程中不使用任何溶剂,有减少原材料、降低能耗、环境友好的优点,且该技术支持制备厚电极进而能够提高锂离子电池的能量密度,具有较强的实际应用价值.     

Safety-enhancing electrode additives for Li-ion batteries

分别以α-Al₂O₃和Li₂TiO₃作为锂离子电池正极和负极中的安全添加剂,提出了安全添加剂的作用模型,系统比较了有无安全添加剂的两组电池的电化学性能和安全性能。电化学性能测试结果表明,安全添加剂的加入会很小幅度降低锂离子电池的能量密度;电池的倍率性能不受影响,其在5 C放电倍率时容量保持率达到82.3%（以1 C为基准）;电池的预期循环寿命达2409次（按照80% DOD计算）,相比对比组电池的896次预算寿命大幅增加。安全性能测试结果表明,添加了安全添加剂的电池能够通过严苛的穿刺测试、重物撞击测试和外短路测试等安全测试,安全添加剂的存在可以有效避免电池内部局部热点的产生,使不可控的内部短路转变为可控的低倍率放电,显著提高电池的安全性能,在商业化方面展示出良好的应用前景。     

Applications of atomic force microscopy in lithium ion batteries research

锂离子电池由于具有高能量密度、高循环寿命、安全等诸多优点,是现代生活中最受欢迎的便携式电源,有着广阔的应用前景。为了充分发挥锂离子电池的潜力,推进其实用化进程,需要深入研究电极反应历程。作为锂离子电池研究的得力助手,原子力显微镜（AFM）能通过其针尖原子与电极表面原子之间的相互作用,实时检测电极表面的微观形貌,在纳米尺度上提供电极表面的物理化学信息,为电极材料和电解液的优化改性提供实验依据。本文综述了AFM在锂离子电池研究中的最新应用进展,包括电化学反应条件下电极材料的形貌变化、纳米力学性能和电学性能等,说明AFM将会进一步推动锂离子电池的研究进展。     

The review of thermal management technology for large-scale lithium-ion battery energy storage system

大容量锂离子电池储能系统对完善传统电网和高效利用新能源都具有非常重要的作用。为了实现大容量锂离子电池储能系统的高倍率化、长寿命化以及高安全性,高性能电池热管理系统的研发刻不容缓。本文总结了温度对锂离子电池性能的影响规律,综述了空冷、液冷、热管冷却、相变冷却这4种典型热管理技术的研究概况,分析了热管理技术在锂离子电池储能系统中的应用与研究状况。随着锂离子电池储能系统工作倍率的提高,产热量随之增大,对热管理系统的要求也越来越高。下一步的研究工作应围绕空冷系统优化、基于新型冷却介质的液冷系统、经济型热管及多目标优化设计这4方面展开。     

Analysis of safety performance of lithium-ion power battery during life cycle based on non-destructive testing

基于在不同条件下对车用三元锂离子动力电池的充放电循环试验，分析电池寿命衰减程度及其影响因素。利用X-ray无损检测技术，测试以不同倍率大小电流进行充放电循环前后三元锂离子动力电池的内部结构变化，并评价了电池寿命衰减和安全失效程度，为研究电池寿命衰减及安全失效提供了新的方法。在充放电循环周期过程中，随着电池容量的不断衰减，基于无损检测技术可以获得电池内部结构出现越来越明显的缺陷，说明电池的寿命衰减速度越来越大，其安全性也越来越差。以不同倍率大小电流进行充放电循环后，将不同SOH状态下内部结构的断层扫描图像进行对比，发现车用三元锂离子动力电池的内部结构发生了不同程度的变化，说明与循环前相比电池的使用寿命有不同幅度的衰减。     

Research progress on cathode materials for high energy density lithium ion batteries

便携式电子设备的微型化、轻量化与电动汽车、电网储能设备的飞速发展,对高能量密度的锂离子电池的研发和性能表现提出了越来越高的要求。锂离子电池正极材料是锂离子电池的核心,其提供锂离子并参与电化学反应,因此改善正极材料性能是提高锂离子电池能量密度的关键。人们需要进一步研究开发成本较低、安全性更好的高能量密度新型锂离子电池正极材料。本文主要从提升正极材料的比容量和工作电压两方面介绍三元、富锂锰基材料和高电位镍锰酸锂等高比能量正极材料的介尺度结构设计、制备与性能调控研发进展。     

High safety electrolyte for lithium-ion battery

锂离子电池安全性问题的本质是电池内部发生了热失控,热量不断的累积,造成电池内部温度持续上升,其外在的表现是燃烧、爆炸等。因此,锂离子电池的安全性与比能量、使用温度和倍率性能等存在一定的矛盾。电池能量密度越高、倍率性能越快和使用环境越恶劣,其能量剧烈释放时对电池体系的影响就越大,安全问题也越突出。当前锂离子电池电解液一般由低闪点的碳酸酯、对痕量水和温度敏感的LiPF₆和其它添加剂组成,本身具有高度可燃性。同时,电解液与正负极材料之间形成界面膜被认为是电池热失控的起点。因此,电解液改性是提升电池安全性的重要措施。本文分析了离子液体和氟代溶剂等溶剂对电解液安全性的提升效果,对比了多种锂盐对电解液安全性的影响,介绍了阻燃剂、过充保护剂、锂枝晶抑制剂和成膜稳定剂等电解液添加剂对锂电池安全性的改善。最后,从电池整体应用性能的角度出发,讨论了今后高安全性锂离子电池电解液的研发方向。     

二氟磷酸锂作为电解液添加剂在锂离子电池中的应用

锂离子电池的能量密度主要由正、负极材料的比容量和电极电位决定,但其性能发挥与电极/电解液界面性质密切相关。为提高锂离子电池的性能,必须使用电解液添加剂改善电极/电解液界面性质。迄今为止,已有大量的文献报道各种类型的电解液添加剂,但得到实际应用的却为数不多。二氟磷酸锂（LiPO₂F₂）是最近得到实际应用的电解液添加剂,能有效降低界面阻抗、提高充放电循环稳定性等。本文介绍该添加剂在锂离子电池中的应用效果及其作用机理。     

Applications of ultrasound technique in characterization of lithium-ion batteries

锂离子电池由于其在能量密度、循环寿命、能量效率、安全性等方面的综合优势,成为了应用最广泛的电化学储能器件,然而其性能仍有进一步提升的必要。大量的先进表征技术应用在锂电池研究中,有力推动了锂离子电池基础理论的进步。超声作为一种无损表征手段,具有灵敏度高、成本低、使用方便、速度快等优点,在电池特性表征领域具有巨大的应用潜力。本文总结概述了现有超声检测技术在电池表征领域的应用,包括内部气体检测、电解液浸润测试、电池析锂检测、电池荷电状态测量、电池寿命预测等,对其发展前景进行了展望。     

Carbon-based materials for advanced lithium-sulfur batteries

随着能源和环境问题的日益突出以及电子电动设备的迅猛发展,传统锂离子电池已经越来越难以满足人们对于高能量密度电池的需求.锂硫电池因其能量密度高,成本低以及无污染等优点,被认为是极有潜力的下一代高能量密度储能体系.然而由于锂硫电池中正极材料电子,离子电导率低,充放电过程中电极体积变化大,聚硫化物等中间产物的溶解和伴随的"穿梭效应"以及锂负极的使用所带来的锂枝晶等一系列问题,导致锂硫电池的循环寿命差,阻碍其产业化的应用发展.锂硫电池体系中碳质材料的引入可以提高材料导电性,缓冲体积变化,抑制聚硫化物穿梭,是提高其电化学性能的有效手段.本文综述了近年来最新的锂硫电池中碳质材料的应用研究进展,包括硫/碳复合物,柔性自支撑电池和碳质锂硫电池负极,分析了其对锂硫电池性能提升的作用机理,并展望了锂硫电池将来可能的发展方向.     

采用阳极预锂化技术的锂离子电池高倍率老化容量衰减机理研究

通过阳极预锂化技术,可以补充锂离子电池在化成以及后续循环过程中活性锂的损失,由此提高锂离子电池的能量密度以及循环寿命.然而阳极预锂化后锂离子电池衰减机理如何变化,一直没有明确的研究结论.本文研究了经阳极预锂化的石墨-磷酸铁锂电池在高倍率老化过程中,充放电电位、电池容量、电池健康状态(SOH)、电化学阻抗等的演变过程,并研究了电池性能衰减过程中正、负极片的表面形貌、晶体结构、热稳定性变化过程.研究结果表明,在一定的补锂量范围内,阳极预锂化技术不影响电池的寿命衰减机理,而是通过克服不可逆活性锂损失来延长电池循环寿命.     

钛酸锂基锂离子电池及其健康状态研究进展

锂离子电池的高功率密度和高能量密度等特性使其成为电动汽车能源和新能源电网储能的重要载体。功率性能和安全特性是锂离子电池发展的两个主要挑战。钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂材料因具有良好的结构稳定性、安全性能、长循环寿命、高功率特性和高低温放电性能,被认为是锂电池负极材料的良好备选。综述了以钛酸锂材料为负极的锂离子电池的相关工作,介绍了钛酸锂材料的结构、电化学特性、制备方法和作为电池负极材料面临的主要问题,重点介绍了钛酸锂负极电池的全电池性能和健康状态研究等方面。     

聚焦离子束显微镜技术在锂离子电池领域的研究进展北大核心CSCD

电极材料作为锂离子电池的关键结构组成部分,其结构稳定性直接决定着锂离子电池的电化学性能。由于电极材料具有对空气、水分敏感,不耐电子束辐照等特性,且在充放电过程中,电极本身及其所处化学环境不断变化,表征其微观组织形貌和结构具有挑战性。聚焦离子束-扫描电子显微镜作为重要的微纳米尺度精细加工设备,是制备透射样品的重要手段,已广泛应用于半导体、生物等领域。本文通过对近年来相关文献的探讨,综述了聚焦离子束基于锂离子电池领域的解决方案,着重阐述了聚焦离子束在三维重构、冷冻加工、构建单颗粒电池方面的最新进展,采用三维重构技术可以获取电极材料中的孔隙网络、多相结构、体积变化等三维特征信息,进行定量评估,建立微观结构模型对电池性能进行预测。基于冷冻加工技术,将液态电解质、Li金属等束流敏感材料冷冻,保持其原始形貌和化学性质,可以有效表征Li金属阳极以及固液界面的本征信息。构建单颗粒微型电池可以实现原位观察单粒子循环过程中的微观结构演化,避免黏结剂、导电添加物等对材料本征性能的影响,确定电极材料的内在特性。本文详细介绍了聚焦离子束在这3个方面的加工过程,并分析加工过程中存在的不足,提出目前面临的主要挑战。本文从锂离子电池材料特性和聚焦离子束实验方法出发,为该领域科研人员提供便利。