固态锂电池研究及产业化进展

相比于传统液态锂离子电池,固态锂电池(SSLB)用固态电解质代替有机电解液,安全性和能量密度均大大提升,可以有效降低电动汽车安全隐患和缓解用户续航里程焦虑.固态电解质作为电子绝缘体和离子导体是SSLB核心要素之一,同时其存在离子电导率低、界面阻抗大和界面稳定性差等问题.通过研究近期相关文献,对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物固态电解质以及复合固态电解质锂电池的离子导电机理、研究进展、存在的主要问题及解决方案进行了综述和讨论.对于提高离子电导率,重点介绍了调整固态电解质组分的方法.对于改善界面问题,主要介绍了界面设计和制成工艺方法改善思路.综合分析表明,通过掺杂和包覆改性固态电解质、探索先进界面研究和诊断技术并指导设计具有优良锂离子传输能力的界面、创新和优化工艺能有效地提升固态电解质综合性能.最后列举了国内外重点企业的固态锂电池产业化进程,对固态锂电池未来应用前景进行了分析和展望.     

HEV用MH/Ni电池系统的研发现状

综述了混合动力电动车(HEV)用氢镍(MH/Ni)电池系统的国内外发展状况.对现阶段国内相关系统有待进一步改善的电池一致性、超高功率充电接受、荷电态(SOC)精确估算和价格等进行了分析.     

混合动力轿车用MH-Ni蓄电池组的开发

介绍了HEV用动力MH—Ni蓄电池组的结构及单体蓄电池的性能;报导了单体电池模拟工况测试和模拟电池寿命测试;测试结果表明：单体电池的能量密度可以达到55．24Wh／kg,150A连续放电到SOC50％,最低输出功率密度可以达到726W／kg,预计电池组的工作寿命可以满足混合电动轿车运行10万公里以上。     

6F22型MH-Ni电池组的研制与性能

研制了额定容量为240mAh的5A型圆柱MHN-i蓄电池,测试了由7只单体电池串联组成的9V(6F22型)电池组性能。结果表明:其单体电池0.2C放电容量为242mAh,1C放电容量220mAh。电池组0.2C放电容量235mAh,比能量45Whk/g(0.48A放电);常温搁置28天荷电保持率超过84%,经0.24A(1C),100%DOD循环至550周,容量仅损失10%。设计结果满足使用要求。     

镍电极掺杂[x(Y2O3)+y(Er2O3)]的MH/Ni电池性能研究

研究了在镍电极活性物质中掺杂一定量的[x(Y2O3) +y(Er2O3)](x+y=1,其中x=0,0.5,1.0)对MH/Ni电池的性能影响.利用不同环境温度(25℃～55℃)下恒流充放电、高温(65℃)放电态搁置等方法测试了电池的性能.结果表明,常温下镍电极掺杂[x(Y2O3)+y(Er2O3)]的MH/Ni电池的放电容量和放电平台比未掺杂的电池稍低,但随温度的升高,它的放电容量和高温储存性能等均明显优于未掺杂的电池,镍电极掺杂[x(Y2O3) +y(Er2O3)]提高了MH/Ni电池的高温性能.常温下,电池以1C,100%DOD循环200周后,镍电极掺杂[x(Y2O3) +y(Er2O3)]的MH/Ni电池容量损失较少,利用X射线衍射(XRD)、交流内阻分析结果表明,镍电极活性物质循环后的相结构差别不大,但掺杂的电池循环前后内阻变化较小.综合实验结果,当x=0.5时,电池的性能最佳.     

HEV用MH/Ni电池的贮存性能

在HEV用MH/Ni电池的设计中,研究了添加Ni粉、Co粉及提高CoO的加入量对MH/Ni电池贮存性能的影响,结果表明:正极中加入较多的Ni粉或提高CoO的加入量均能够提高MH/Ni电池的贮存性能.正极中Ni粉的加入量从0%提高到10%和20%时,MH/Ni电池贮存后的容量衰减率分别降低了3.9%和6.6%;正极中CoO的加入量由5%提高到15%,MH/Ni电池贮存后的容量衰减率降低了4.9%.采用Co粉作添加剂时,在一定程度上修复了遭受破坏的CoOOH导电网络,改善了MH/Ni电池初期的贮存性能.     

电动自行车用氢镍电池组的研制

介绍了电动自行车用容量为8Ah的24V氢镍电池组的研制过程和产品性能。结果表明,开发的单体电池在-18℃下1C可放出90%的容量,可在0℃～45℃的宽温度范围内充放电;同时1C放电1.2V以上的容量高达75%～80%。电池组0.2C充电0.5C放电的循环寿命(100%DOD)超过了500次,具有广阔的应用前景。     

MH-Ni动力电池性能影响因素与机理的研究

研究了电极材料、结构设计、电解液组成以及化成制度对SC动力型MH-Ni电池性能的影响。实验结果表明:MmNi5基贮氢合金中La含量的提高,合金晶胞体积增大,表面活性提高,改善MH-Ni电池高倍率放电性能,降低电池内压;合金的粒径过于细化,增加了电极间的接触电阻,导致电池高倍率放电性能恶化,合适的粒径分布不仅增加合金的活性表面,又能提高电池的放电平台。镍电极中钴添加剂采取化学共沉积-表面沉积-机械混合分步复合掺入方式,Ni(OH)2晶体形成缺陷,并在化成过程中形成良好的CoOOH导电网络,提高了电池的放电性能;优化的集流结构设计,降低了电子导电阻抗;电解液中Na含量的提高,溶液的电导率下降,不利于电池高倍率放电,但适量的Na能够改善电池的高温性能。对封口电池采用高温预活化制度,合金表面形成微裂纹,产生晶体缺陷,提高了合金的活性;Ni(OH)2晶粒微晶化,产生晶格缺陷,提高质子迁移能力,因此大电流放电性能较好。     

混合动力汽车动力电池组散热特性实验研究

针对混合动力车辆目前对动力电池组的温度控制要求,设计了动力电池组高效均温对流散热结构;根据混合动力汽车用镍氢动力电池组的不同电池模块配置方式,制作了样机,进行了充放电实验和温度测量;将实验结果与相关的数值模拟结果进行了对比分析,着重分析了梯形排列电池组的散热特点。     

HEV用低自放电率D型MH-Ni电池的研制

降低自放电率是HEV用MH—Ni电池实用化过程中亟待解决的关键问题之一。采用丙烯酸接枝处理的PP隔膜、选择负极合金及表面处理、正极复合添加析氧抑制剂等措施,2／3A型MH—Ni电池的自放电率可由55．5％降为26．1％,用此工艺研制的HEV用7Ah的D型电池在55℃下存放7天的自放电率为35．3％,比功率达1121W／kg,模拟工况下的循环寿命达12．5万次。这些指标均超过了国家标准规定的要求。