化成制度对富锂锰基/硅碳体系电池产气及电化学性能影响

针对富锂锰基正极材料独特的首周充电特性, 设计了一种脉冲化成制度, 通过优化化成制度减少富锂锰基/硅碳体系电池化成过程中的产气量, 提高电池的循环电化学性能。通过GC-MS, SEM, XPS和电化学测试表明, 对比传统的化成制度, 采用脉冲化成制度后电池的产气量降低了37%左右。此外, 脉冲化成制度能在正、负极活性物质表面形成一层致密的膜结构, 同时可以缓解化成过程中电芯结构的应力, 稳定电极结构。脉冲化成制度还可以有效地节省化成时间, 将时间从102.6 h缩短至81.5 h。提升了长循环过程中的电化学稳定性, 500周次循环后, 容量保持率和中值电压均得到了显著的提升。     

高镍三元锂离子电池低温放电性能研究进展EI北大核心CSCD

随着新能源汽车产业的迅速发展,消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高。高镍三元锂离子电池因其比能量高成为电动汽车中最具应用前景的动力电池,但该电池体系依然面临着低温性能差的问题。本文综述近年来高镍三元锂离子电池低温性能的研究进展,重点总结高镍三元锂离子电池低温性能的影响因素,一方面从热力学角度分析低温下高镍三元正极材料和石墨负极材料的结构变化、电解液相态和溶剂化结构变化以及黏结剂玻璃化转变对电池低温性能的影响;另一方面从动力学角度分析高镍三元电池低温放电过程中的速率控制步骤。归纳目前高镍三元锂离子电池低温性能的主要改善措施,其中低温电解液的设计包括优化溶剂、改善锂盐及使用新型添加剂三个方面,对电极材料低温性能的改善主要是通过体相掺杂、表面包覆及材料颗粒粒径降低的方式。总结电池中低温性能研究中存在的对电池低温热力学特性研究不够明确、对电池低温动力学过程研究方式单一以及对电池中的反应顺序存在的影响认识不足等问题。     

导电炭黑对富锂锰基层状氧化物电极性能的影响

研究了导电炭黑Super P的添加量对高电压富锂锰基层状氧化物电极电化学性能的影响,采用SEM和交流阻抗分析Super P添加量影响电极性能的原因。结果表明:高电压富锂锰基层状氧化物电极的倍率性能及循环性能均随Super P添加量增加呈先提高后降低的趋势,其中添加5%(质量分数,下同)Super P的电极具有最优的循环性能和倍率放电性能。这是因为提高Super P添加量能够增加Super P颗粒与富锂锰基层状氧化物颗粒之间的电接触,从而在电极中构建更为完善的电子导电网络,降低电极内部组分之间的阻抗,减小电极的极化,然而Super P添加量超过5%时,易发生团聚,不利于其充分发挥导电作用。     

高镍三元/硅氧碳软包电池在不同温度下的日历老化机制

由于电动汽车在大多数时间处于非工作状态,因此电池搁置期间的日历老化会对电池的寿命产生显著影响。高温加速实验是快速评价电池日历寿命的常用方法,为了获得可靠的高温加速老化实验结果,需要对不同温度条件下的电池衰减机理进行研究。以高镍三元/硅氧碳软包电池为研究对象,基于无损的电化学微分曲线分析和电池拆解验证,研究不同搁置温度对高镍/硅氧碳电池日历老化性能及老化机制的影响。结果表明：随着搁置温度的升高,电池老化速度逐渐加快,表现为容量加速衰减和直流内阻大幅增加。无损分析结果表明：活性锂损失和正极活性物质损失是电池日历老化的主要影响因素,随着温度升高,电池的活性锂损失程度和正极活性物质损失程度都有所增加,负极老化情况基本保持不变;进一步结合拆解验证结果表明：55℃下的高温搁置加速了正极材料性能的衰退,高温下正极NCM811材料颗粒出现内部裂纹和粉化,不宜作为电池搁置期间加速老化实验的加速因子。     

以高岭土和铝土矿制备4A沸石的研究

以高岭土和铝土矿为原料,经碱熔焙烧活化、水热合成制备了4A沸石。利用单因素实验,探索了活化焙烧温度和时间对合成4A沸石的影响;利用正交优选实验,考察了水热合成过程中胶化温度、胶化时间、晶化温度和晶化时间对合成4A沸石的影响。结果表明：活化焙烧的最佳温度为600 ℃、时间为2 h;水热法合成4A沸石的最佳工艺参数是胶化温度为75 ℃、胶化时间为4 h、晶化温度为95 ℃、晶化时间为4 h。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和激光衍射散射式粒度分布测定仪对产物进行了分析。     

富锂锰基正极材料在不同温度下的极化行为

富锂锰基正极材料作为极具潜力的下一代锂离子动力电池正极材料,在不同温度下电化学性能表现出很大差异,严重限制了其在实际环境中的应用.采用多种电化学测试表征了富锂锰基材料在5～45℃温度范围内电化学性能的差异,从极化的角度分析了材料性能与温度依赖关系的影响因素.结果表明:富锂锰基材料的充放电容量随着温度的降低而降低,主要源于高电压和低电压区间内氧/锰离子反应随温度降低极化显著增大,造成其贡献的容量显著降低.这主要是因为氧/锰离子本征动力学性能差使电荷转移过程具有较高的表观活化能.此外,氧/锰离子参与电荷补偿反应使材料结构发生较大变化,一方面诱发界面膜成分发生变化,增加了低电压区间界面锂离子传输表观活化能,另一方面造成充放电末期锂离子固相扩散具有较高的表观活化能.因此,改善富锂锰基材料氧/锰离子反应动力学是提高其环境适应性的主要措施.     

锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展

随着人们对锂离子电池需求的日益增加, 高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度, 除此以外, 孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定电极及电池性能的关键因素。通过优化电极结构设计提升高比能电池的性能逐渐成为人们关注的焦点。本文综述了锂离子电池多孔电极结构设计优化的研究进展, 总结了多孔电极结构设计要素及制备方法, 最后对电极结构设计优化以及推动新型制备技术的规模化应用在高比能锂离子电池领域的未来发展前景进行展望。     

4A沸石合成工艺研究与产物表征

利用正交优选实验研究了硅铝比、钠硅比、水钠比、反应温度和反应时间等5个因素对水热合成4A沸石的影响,在此基础上还研究了超声波辅助水热合成4A沸石,利用XRD、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和钙离子交换能力对4A沸石进行了表征。正交优选实验结果表明:硅铝比是影响4A沸石钙离子交换能力的主要因素,其次是钠硅比和反应时间,水钠比和反应温度的影响最小;水热合成4A沸石的最佳工艺为以硅铝物质的量比为1.5、钠硅物质的量比为2.05、水钠物质的量比为150配制硅铝酸钠凝胶,于130℃下晶化5 h。通过水热合成及超声波辅助水热合成的4A沸石的对比表明:一定时间的超声波辅助水热合成更容易得到较高性能的4A沸石。     

锂离子电池多层复合电极结构研究进展

随着电动汽车的快速发展,人们对动力电池的能量密度和寿命等电化学性能有了更高的要求.正负极活性材料的改性和修饰、新型导电剂和黏结剂的应用以及电极组分的优化设计,能够有效提升锂离子电池的循环性能和倍率性能.然而,传统电极因其单层结构本身存在的活性涂层表面结构不稳定,内部存在极化现象等问题,在一定程度上限制了高负载电极在锂离子电池中性能的发挥.因此改善传统电极中的单层结构,是锂离子电池研究的重要方向.本文通过归纳分析多层复合电极结构的相关研究,总结出解决单层电极结构本身问题的三种方案,分别为增加电极表面结构稳定性,增加电极表面导电性以及调整电极内部组分分布增加电极内部结构稳定性.这三种方案分别具备各自的优势,通过整合分析其特点,本文对目前多层复合电极结构的研究现状进行了总结,为锂离子电池及其他体系电池的电极设计提供了新的方向和思路.     

3Ah高镍/硅氧碳软包电池循环容量衰减分析EI北大核心CSCD

随着电动汽车的发展,对电池能量密度提出了更高的要求,具有高能量密度的高镍/硅氧碳软包电池成为长续航电动汽车的首选,但是高镍/硅氧碳电池在实际使用中存在容量快速衰减的问题。采用无损电化学分析和事后拆解分析对循环过程中电池容量和内阻的变化进行检测,通过对比电池循环前后正负极结构、材料形貌和表面成分的变化,揭示高镍/硅氧碳电池循环失效机制。结果表明:电池容量衰减呈现平稳期、快速衰减期和急速衰减期3个阶段。循环后电池极化更加严重,电池极化内阻、负极表面膜阻抗和电荷转移阻抗明显增加。通过微分曲线分析结合拆解分析发现,高镍正极材料衰减较少,硅氧碳负极材料衰减和活性锂离子损失较多。硅氧颗粒膨胀开裂,负极活性物质损失,负极表面膜连续生长消耗过多的活性锂为电池容量快速衰减的主要原因。