基于锂离子嵌入模型的NCM811电池性能北大核心CSCD

本工作以NCM811电池为主要研究目标,探究在正常工作情况下的电池性能。具体包括不同环境温度与放电倍率下的放电性能,以及初次循环与第2000次循环时的电池容量变化,得到电池的电压曲线,并将结果与NCM523电池以及NCA电池进行对比。同时,由于NCM811电池存在热安全问题,因此,探究了其在热失控情况下自身的电压与温升情况,总结了其温度传递规律,并与实验结果进行对照。基于上述结果得到:电池在正常工作情况下,NCM811电池在倍率充放电性能上表现优异,在大倍率充放电时电池容量保存较好,NCM523电池与NCA电池均表现出电池容量衰减;在电池的循环老化方面,与NCM523电池相同,NCM811电池也表现出明显的容量衰减,NCA电池容量几乎不发生变化;在高低温放电方面,电池在低温时的产热均高于高温时的产热,在相同的环境温度下,NCM811电池温升最为明显,存在较大的热安全隐患,NCM523电池与NCA电池升温较为平缓;在电池发生热失控时,电池电压突降至0 V,温度短时间内升至1200 K左右,仅在发生热失控的部分,温度随时间变化明显,其余部分温度趋于恒定。与实验过程相比,仿真过程热失控触发时间较晚,温度升高较快,电池最高温度较低。     

高镍NCA、NCM及NCMA材料循环容量衰减机理研究北大核心CSCD

为了对比铝(Al)、锰(Mn)元素对高镍正极材料循环性能的影响,明确镍钴铝(NCA)、镍钴锰(NCM)及镍钴锰铝(NCMA)三类高镍正极材料循环稳定性的差别以及循环过程中失效机理的差异,本工作选用3种相同镍含量的NCA、NCM及NCMA高镍正极材料对其循环性能以及循环过程中三者结构变化异同点进行了研究。研究结果证实,常温下3款高镍正极材料的循环性能排序为NCA>NCMA>NCM。通过微分容量(d Q/d V)曲线、扫描电子显微镜(SEM)等分析发现,相同阶段3种材料结构破坏程度排序为NCM>NCMA>NCA,电池在循环过程中的容量衰减很大程度上源自正极材料的结构破坏;进一步对3款正极材料在不同循环阶段的电化学交流阻抗谱(EIS)进行分析,发现循环过程中正极阻抗持续增大,且阻抗的增大明显受到晶体及二次颗粒结构变化的影响,电池循环稳定性与正极材料本身结构稳定性密切相关,最终造成3款高镍正极材料循环性能的差异。通过对三者循环性能的系统性对比与分析,加深了对高镍正极材料成分-结构-性能关系的理解,对于提升高镍正极材料的稳定性研究具有重要指导作用。     

Failure mechanism of Li1+x(NCM)1-xO2 layered oxide cathode material during capacity degradation

镍钴锰三元层状氧化物（NCM）正极材料由于其优越的综合性能在动力/储能电池系统（ESS）领域得到广泛应用。虽然Ni含量的增加可提高三元材料的比容量及电池的能量密度,但相关电池体系的容量保持率和安全性将会变差。如何有效解决该矛盾是此类NCM电池所面临的关键问题。本文从NCM电池体系循环过程中常见的体相结构破坏和正极-电解液界面组成改变两方面失效现象出发,结合近年来国内外对NCM失效模式研究中所提出的新理论、方法、应用,从机械破坏、结构演变、电化学极化、化学副反应、正负极协同效应等多个角度对NCM材料的衰退机理提出见解,对指导电池用户合理制定充放电协议、缓解电动汽车（EV）里程焦虑乃至材料设计本身均有重要的指导及借鉴意义。     

电流特征对锂离子电池性能的影响研究

以镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂和钛酸锂4种锂离子动力电池为研究对象,建立测试实验平台,并设计实验流程,综合电流曲线、放电倍率和环境温度等工况因素,研究运行工况对4种锂离子动力电池可用能量、温升的影响。实验结果表明：温度是影响电池可用能量的主要因素之一,钛酸锂电池可用能量受温度影响最小,磷酸铁锂电池受温度影响最大;放电倍率是影响电池可用能量的另一个关键因素,随着放电倍率的增加,4种电池可用能量均出现不同程度的衰减;阶跃电流或阶跃放电频率对镍钴锰酸锂电池和磷酸铁锂电池的可用能量具有较大影响。     

LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2球磨处理对半固态锂离子悬浮液性能的影响

对镍钴锰酸锂正极材料进行球磨处理,探究其在不同活性物质质量分数下对半固态锂离子悬浮液流动性和电化学性能的影响.研究结果表明,球磨前NCM所制备的半固态锂离子悬浮液随活性物质质量分数上升,流动性呈现先改善后降低的趋势.总体上球磨后的NCM使半固态锂离子悬浮液的流动性降低,并在较高活性物质质量分数下流动性降低的幅度较为明显...     

锂离子动力电池的电极材料回收模式及经济性分析

我国锂离子动力电池即将步入报废潮,将报废的动力电池电极材料进行合理的处理,对环境的保护以及资源利用有重要意义。本文介绍市场上普及的电极材料干法和湿法回收技术工艺,根据调研回收工艺中的各项生产成本以及产生的收益数据,对获得的经济利润进行了计算分析。结果表明,三元材料电池采用湿法回收技术可获得较高的经济性收益,磷酸铁锂电极采用改进后干法回收技术也可获得一定的盈利。     

三元锂离子电池氢气产生原因探索

本工作通过气相色谱(GC)和可充电对称锂离子电池探索了三元锂离子电池(LIBs)中H2产生的原因.除了公认的氢气是由电池中微量水分还原产生之外,本工作则主要是探索质子电解质氧化物(R-H+)和碳酸酯解离成H?两种氢气产生机理对于三元锂离子电池是否成立.鉴于R-H+作为正负极间的关联产物沉积在负极表面,分别制备了具有充放电能力的石墨/石墨负极软包对称电池、NCM/NCM(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2被定义为NCM)正极软包对称电池以及石墨/NCM软包全电池,经过常温循环以及过充测试后,GC结果显示H2产生于软包全电池以及负极对称电池,而正极对称电池中没有.此结果侧面验证了R-H+机理成立,即H2由正极端生成沉积在负极表面的产物R-H+还原所产生,因此单独的正极对称电池无H2产生.为了排除电池中微量水分还原产生氢气对R-H+机理验证的干扰,选择循环以后未产生氢气的正极对称电池,加入微量水分再循环后,GC结果检测到氢气.说明对称电池中原本微量水分对最终产生氢气的结果影响可忽略不计.最后,选择了正极对称电池对碳酸酯解离成H?产氢机理进行验证,根据前面的实验结论,此体系可排除R-H+以及水分对最终产氢结果的影响.高温存储及高温过充测试后,正极对称电池循环后内部均未检测到H2,因此碳酸酯解离成H?产氢机理不成立.     

动力锂电池已经成为电动汽车性能对比的标杆

正目前已经商业化应用的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和NCM(镍钴锰)三元材料等产品。国内电动汽车发展初期,动力电池由采用磷酸铁锂正极材料的电池主导,虽然这种正极材料制作的电池的循环寿命较好,但能量密度比较低,这就导致电动汽车的续航里程相对较短。"能量     

废弃动力锂电池回收再利用技术及经济效益分析

传统能源与环境矛盾的日益突出,电动汽车已经越来越普及,电动汽车电池报废或更新换代使动力电池的回收以及梯次利用成为关键问题。近年来,在行业规范和政府补贴政策的支持下,我国废旧动力锂电池的拆解回收和梯级利用都得到了快速的发展。以动力锂电池为例,综述了废旧电动汽车用动力电池的梯级利用及拆解回收技术,并对相关经济效益进行了分析。随着废旧电池回收规模的日益增长,磷酸铁锂动力电池的梯级利用以及三元电池的湿法回收均具有较高的收益价值。     

基于产线大数据的锂离子电池一致性动态特性分选方法

随着锂离子电池生产规模的迅速扩大,电池制造商急需高精度高效率的电池分选方法,增强电池成组后的一致性,从而提升电池组寿命、安全性和能量密度。基于容量和内阻等特性的传统分选技术可以满足成组后的静态一致性需求,但无法保证同组电池的动态一致性。因此,综合考虑电池在整个充放电过程中的性能,基于充放电电压曲线动态特性的分组方法是下一代分选技术的发展方向。本文基于电池产线大数据,从电池分容阶段的电压曲线提取关键动态特征,形成了基于K-means聚类的电池分选方法。此外,本文还从电池分容后的回充阶段提取了用于评估电池性能一致性的指标,并设计了一个以指标标准差为核心的电池一致性评价方法。与传统的电池分选方法相比较,本文方法分选后的电池综合性能一致性提高了15.65%。     

废旧氢镍、镉镍电池正极材料回收中镍和钴、镁分离的萃取串级研究

设计了综合回收氢镍、镉镍电池正极材料中镍、钴并同时除镁的萃取流程。针对回收液进行了P507萃取分离镍钴、镍、镁的试验。有机相为20％P507＋80％煤油（以质量分数计），萃取平衡pH值为4．5～5．0时，平均分离系数β-Ni/Co达140～180，βNi/Mg达20-25；分2段分别洗涤镍和镁，将洗涤镍的平衡pH值控制在（5．0±O．1），洗涤镁的平衡pH值控制在（4．4±0．1），镁的去除率达到94．5％。镍的回收率为99．3％，钴的回收率为99．1％，镁的去除率为94．02％。将回收所得硫酸镍溶液和硫酸钴溶液浓缩结晶，可得到满足通用企业标准HG／T2824-1997中的一级电镀产品要求的产品。     

电化学阻抗谱识别不同化学体系退役动力锂离子电池北大核心CSCD

退役动力锂离子电池梯次利用可充分提高动力电池的经济性,然而目前动力电池标识信息混乱、电池荷电状态差异和工作电压重叠均导致无法直接或依据开路电压准确分辨磷酸铁锂动力电池与镍钴锰三元动力电池。为此,基于动力锂离子电池的结构和等效电路,建立了容量与动力电池界面电容、反应电阻、韦伯阻抗和液相电阻的对应关系,通过分析动力电池容量对电化学阻抗实部和虚部的影响探讨了利用阻抗法快速识别退役动力锂离子电池化学体系的可能性。结果表明电化学阻抗实部与虚部的比值与电池容量无关,据此可利用该比值随频率的变化差异快速识别不同化学体系的动力锂离子电池,从而避免依据充放电判断电池化学体系的低效率。此外,软包装磷酸铁锂和镍钴锰三元电池的测试结果也表明10 Ah、12.5 Ah和50 Ah的磷酸铁锂电池阻抗虚部与实部比值随交流信号频率的变化基本相同,但与镍钴锰三元电池明显不同,初步验证了该方法的有效性。     

锂离子电池电解液痕量水污染的超声表象北大核心CSCD

锂离子电池电解液痕量水污染是导致电池产气和快速失效的重要原因,而过去对痕量水污染电芯缺乏无损检测分析技术。本工作基于超声无损成像技术对微量产气副反应的敏感性,对不同水含量电解液商用NCM523/AG软包电池化成、静置、循环过程中的产气行为进行了超声透射扫描成像,并结合EIS/SEM和充放电特性对其老化和失效机制进行了分析。结果表明痕量水的存在会造成电解液的损耗,加速气体生成,增加界面阻抗和极化电压,造成库仑效率降低和可逆容量衰减,加快电池失效过程。本研究对电池生产过程质量控制以及使用过程的失效机理分析具有指导意义。     

阻抗分析法在锂离子电池析锂阈值检测中的应用北大核心CSCD

本工作应用阻抗分析法对锂离子电池在不同温度及充电倍率下的析锂阈值进行检测。验证该方法可行性,与无损检测方法-弛豫电压分析法即dV/dt法进行对比分析。以电池充电过程中通过间歇式休眠获得的阻抗值作为分析数据,充电末期阻抗下降的拐点代表电池开始发生析锂,对应的电压及荷电态即为电池的析锂阈值。结果表明该阻抗分析法可以实现对电池析锂的无损检测,其结果与弛豫电压分析法一致,而且阻抗分析法不仅可准确判断电池是否发生析锂,而且可以测得电池开始发生析锂的阈值电压或荷电态,从而为充电制式优化提供依据。通过使用阻抗分析法对圆柱型三元电池、磷酸铁锂电池进行析锂阈值电压的检测,并结合不同温度和充电倍率对电池析锂边界进行了分析研究,结果表明对磷酸铁锂和镍钴铝三元电池来说,两种电池都在低温环境中极易发生析锂现象,而随温度的升高,电池发生析锂的阈值逐渐提高,析锂现象有所改善。而对镍钴铝三元电池,常温下增大倍率至0.6 C充电时,电池便开始发生析锂。说明以析锂阈值法对电池进行监测分析对后续电池充电策略的制定有着十分显著的作用。     

锂离子电池氧化物固态电解质研究进展

可充电锂离子电池（LIB）是移动和固定存储系统中最具潜力的电池体系。然而,传统锂离子电池中不稳定的电沉积和不可控的界面反应会在液体电解质中发生,导致电池存在安全隐患。采用固态电解质（SSE）的全固态锂离子电池因具有高安全性、高可靠性和高能量密度可满足许多方面对储能的要求。但要实现商业化,SSE依然面临诸多挑战,如室温离子电导率较低（1×10^-5 ~ 1×10^-3 S/cm）以及电极和电解质之间的界面稳定性差等。为加快SSE的研究与开发,分别对无机钙钛矿（LLTO）型、石榴石（LLZO）型和钠快离子导体（NASICON）型固态电解质的结构和电导率改性进行了综述,特别强调了电解质与电极界面的重要性及其对电池性能的影响。     

镍钴锰酸锂电极材料改性研究进展

镍钴锰酸锂（LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂,NCM）是一种具有高使用容量的三元正极材料,但存在元素混排、相变、热稳定性差、微裂纹等缺陷,导致电池出现容量衰减和安全问题,影响其广泛应用。针对目前三元材料存在的问题,归纳总结了特殊结构与形貌、掺杂、替代、包覆、修饰、复合等改性方法的最新研究进展,探讨了不同方法对材料电化学性能、循环稳定性和安全性的影响,分析比较了不同方法的优缺点。结合材料、电化学、热和力等多学科知识及本课题组利用负热膨胀材料对能源材料改性的研究成果,提出了原位利用电极循环过程中的热调控形变和界面行为改善材料性能的新思路,为解决电池的热失控和应力等安全问题提供参考。     

基于模糊逻辑的多特征参量综合锂电池SOH评估

  [目的]  针对锂离子电池SOH(State of Health)评估易受电池特性不一致影响,从而产生评估结果分散并最终导致难以满足电动汽车服役环境需求的问题。  [方法]  分析了典型储能元件NCM电池在寿命循环测试过程中的开路电压曲线、脉冲电压响应和增量容量曲线的相应变化。选取与电池容量衰减密切相关的6种特征参量,提出一种基于模糊逻辑的隶属函数,建立SOH评价集关联特征参量,并采用以相关系数为标度的层次分析法确定参量指标对评估结果影响权值的SOH综合评估方法,最后以完成寿命循环测试的4只NCM-21700电池对所提出方法的有效性进行了验证。  [结果]  结果表明:该方法能有效消减SOH评估结果的分散,评估平均误差不超过3%,最大误差不超过5%。  [结论]  所提SOH综合评估方法是正确并有效的,可为实际应用提供指导。     

面向碳中和目标的小型车载动力电池可持续发展研究

当前我国各行业均关注“碳中和”目标,电动汽车作为新能源材料和器件在交通行业实现节能环保目标的代表性载体之一,对我国实现碳中和目标有着重要意义。动力电池是电动汽车的重要组成部分,迫切需要解释其“碳中和”特性。将锂离子电池组在生产阶段的各类环境影响作为研究对象,采用生命周期评价方法,分析生产锂离子电池的过程中,成分组成对环境的综合影响。结果表明,硫化铁固态电池组（FeS₂SS）在足迹家族、资源耗竭和毒性损害的11类三级指标中环境潜值都较小,说明FeS₂SS电池组在生产阶段产生的综合环境影响较小,而磷酸铁锂-石墨电池（LFPy-C）、三元锂-硅纳米管电池（NMC-SiNT）、三元锂-硅纳米线电池（NMC-SiNW）在各项环境影响值中贡献程度均较高。为实现碳中和目标,减少碳排放,NMC-SiNW、LFPy-C、NMC-C三种电池组的生产应进行优化。     

无溶剂制备锌空气电极及电池性能

锌空气电池具有高安全、大容量、低成本和低自放电等特性,因此获得广泛关注,尤其被广泛用作助听器电池.目前商业化空气电极的制作过程中,催化粉料的处理往往涉及湿法工艺,制造过程复杂,且烘干溶剂过程能源消耗大.利用转速为3000 r/min的高速切割机器进行造粒处理,过程中不使用溶剂,然后经过12目筛网进行过筛处理即得可自由流动的无溶剂处理催化粉料,借助扫描电子显微技术(SEM)进一步观察到催化粉料中大量黏结剂完全纤维化的现象,这种纤维束有利于维持住粉料与粉料之间的紧密结合状态.用自制对辊机器将上述催化粉料压成卷对卷的催化层,再把集流体镍网、防水透气膜与之辊压复合一起,即得无溶剂处理的商业化锌空气电极.作为对比,使用了传统湿法方式制作催化粉料和空气电极,发现无溶剂处理空气电极制得的电池容量高于传统湿法的5％.另外,研究了不同空气极片压实密度和厚度、不同的防水透气膜等对锌空气电池性能的影响,分析表明低密度1.15 g/cm3的空气电极拥有更好的容量储存性能,厚度为0.52 mm空气电极所制电池拥有更高的功率密度,纯聚四氟乙烯(PTFE)膜作为防水透气膜可使锌空气电池拥有更好的防漏液性能.综上所述,这种无溶剂制备空气电极工艺简单方便、环保节能,更适合金属空气电池的商业化应用.     

废旧晶硅光伏电池组件的处理及回收

光伏产业迅速发展的同时,也即将面临大量废弃光伏电池组件的妥善处理问题。目前行业尚未具备完善的回收技术,国家也未出台相关政策和回收处理标准。介绍废旧光伏电池组件的处理方法,阐述了相关的回收技术,包括机械法、热处理法和化学法。