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FAN Yaping YAN Liqin JIAN Dechao LYU Taolin YU Meng WANG Zhenyu ZHANG Quansheng XIE Jingying 《储能科学与技术》2019,8(6):1040-1049
锂离子电池在应用过程中常出现一些失效现象如循环寿命缩短、自放电率变大、功率特性劣化等,甚至发生安全问题。负极析锂是导致这些失效甚至安全问题的主要因素之一,因此了解析锂的原因与过程就显得格外重要。探明析锂原因的关键是表征锂的存在和锂枝晶的生长过程。本文综述了锂离子电池负极析锂现象常用的原位检测技术,包括物理检测法和电化学法。物理检测法主要介绍：光学原位技术、原位X射线技术、原位核磁技术以及原位中子技术,电化学方法包含：充放电电压曲线法、Arrhenius法、内阻容量曲线分析法和容量衰减率法。本文针对物理检测法的原理、优缺点以及对应的特殊检测装置实例,电化学检测法的原理及分析方法等进行简要概述,并对目前析锂原位检测存在的问题进行总结及其研究方向进行展望。 相似文献
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本文以剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂电池为研究对象,研究其在-10 ℃低温充放电循环后的安全性能.对低温和常温循环后的电池进行热失控实验分析,同时解剖电池并测试电池材料的锂元素含量和热稳定性能.测试结果表明,电池低温循环过程中容量急剧衰减,低温循环后电池热失控温度明显降低,低温循环过程中电池负极析出了锂单质,电池材料的热稳定性也发生了变化.另外,还对低温循环后的电池进行了满电状态下的常温搁置实验,实验过程中电池全部产生胀气现象,通过进一步测试分析发现,气体以CO和H2为主.与新电池对比发现,剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂电池低温下充放电循环更容易产生锂枝晶,造成其电化学性能发生严重的不可逆衰退,热失控温度明显提前,因此剩余容量接近80%的磷酸铁锂电池应避免在低温下运行. 相似文献
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目前全球高动力锂离子电池系统的发展主要集中在锂锰电池,锂钴镍锰电池以及锂铁电池,其中磷酸亚铁锂材料具有高电容量,高放电功率,极佳的长循环寿命以及良好的热稳定性与高温性能等优点,已成为动力锂离子电池首选的高安全性正极材料.然而,磷酸亚铁锂材料在工业化量产时,必须解决电池芯加工性差及材料一致性不佳等问题,作者曾结合多项新颖观念与技术于磷酸亚铁锂材料制做过程,在粉体表面涂布碳层,在晶体内部掺杂金属,分别改善材料电导率与锂离子扩散速度以及有效地控制碳含量,粉体比表面积,碳层均匀性,粒径大小与分布,制备出高质量磷酸亚铁锂产品.该文将回顾并探讨上述研发工作的一些重要结果. 相似文献
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Dr. Feipeng Yang Dr. Xuefei Feng Dr. Y.-Sheng Liu Dr. Li Cheng Kao Dr. P.-A. Glans Dr. Wanli Yang Prof. Jinghua Guo 《ENERGY & ENVIRONMENTAL MATERIALS》2021,4(2):139-157
The lightweight, rechargeable lithium-ion battery is one of the dominant energy storage devices globally in portable electronics due to its high energy density, no memory effect, wide operating voltage, lightweight, and good charge efficiency. However, due to safety concerns, the depletion of lithium reserves, and the corresponding increase of cost, an alternative battery system becomes more and more desirable. To develop alternative battery systems with low cost and high material abundance, for example, sodium, magnesium, zinc, and calcium, it is important to understand the chemical and electronic structure of materials. Soft X-ray spectroscopy, for example, X-ray absorption spectroscopy (XAS), X-ray emission spectroscopy (XES), and resonant inelastic soft X-ray scattering (RIXS), is an element-specific technique with sensitivity to the local chemical environment and structural order of the element of interest. Modern soft X-ray systems enable operando experiments that can be applied to amorphous and crystalline samples, making it a powerful tool for studying the electronic and structural changes in electrode and electrolyte species. In this article, the application of in situ/operando (soft) X-ray spectroscopy in beyond lithium-ion batteries is reviewed to demonstrate how such spectroscopic characterizations could facilitate the interpretation of interfacial phenomena under in situ/operando condition and subsequent development of the beyond lithium-ion batteries. 相似文献
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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。 相似文献
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锂离子电池商业化应用已有30多年,但目前的电池性能仍不能满足社会发展的需求。为此,须不断开发高性能的电池材料。电化学测量是电池材料开发不可或缺的关键技术。锂金属电极是锂离子电池电化学测量中最常用的参比电极,其电位稳定性将影响电化学测量结果的准确性。报道一种能提高锂金属参比电极电位稳定性的锂金属表面处理方法。将有机锌盐和氟代碳酸酯的混合溶液滴加在锂金属表面,通过锂金属与溶液组分的反应,在锂金属表面形成一层含锌锂合金和氟化锂的混合界面膜,可降低锂溶解/沉积过电位。处理得到的锂金属电极在Li//Li对称电池中用1 mA/cm2的电流及1 mA·h/cm2的容量恒电流连续充放电,该对称电池的电压稳定时间是未处理电池的2倍以上。这种锂金属电极表面处理方法可提高电极材料电化学性能测量的稳定性,有利于锂离子电池新材料的开发。 相似文献
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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。 相似文献
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合成了不同Rb掺杂量的钛酸锂（Li4-xRbxTi5O12; x = 0.010, 0.015, 0.020）作为锂离子电池的负极材料。测试结果显示,Rb离子掺杂有效增强了钛酸锂的电子电导率。相同的测试条件下,相比于未掺杂样品和高Rb含量掺杂样品（x = 0.015, 0.020）,适量的Rb掺杂钛酸锂（Li3.99Rb0.01Ti5O12; x = 0.010）表现出最优的电化学性能。Li3.99Rb0.01Ti5O12材料表现出161.2 mA∙h/g的初始容量,且在1 C下经过1000次循环后容量保持率可达90.9%。此外,全电池Li3.99Rb0.01Ti5O12 // LiFePO4在0.5 C条件下首次放电容量为144 mA∙h/g,经过150次循环后,容量保持率为78.8%。 相似文献
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锂离子电池因其能量密度高和循环寿命长等优点,在电子产品和电动汽车等领域被广泛应用.然而,锂离子电池首次充放电过程中负极表面固态电解质界面(SEI)膜的形成会永久地消耗正极材料中的活性锂,造成不可逆的容量损失,进而降低电池首次库仑效率.已有的研究表明,预锂化技术可使电池首次库仑效率得到有效提高.在众多预锂化技术中,正极添加剂预锂化具有工艺简单、价格低廉和安全性高等优点,因此具有较为广阔的应用前景.鉴于此,本综述介绍了三类正极预锂化添加剂:三元富锂化合物、二元锂化合物和基于逆转化反应的纳米复合材料的基本工作原理和限制其发展的关键科学问题,着重归纳了近年来在预锂化添加剂材料性能优化,储能机理研究方面的研究进展和亟待解决的问题,指出了补锂添加剂在补偿首次容量损失方面的重要性,并对该方法的发展进行了展望.本文在总结当前研究进展的基础上,对正极预锂化添加剂未来的研究思路和发展方向进行了展望,提出了进一步研究预锂化添加剂的合成条件和改性策略,在不以容量牺牲为代价的前提下提升补锂添加剂的环境稳定性或开发一种新型的电解液添加剂,解决预锂化添加剂首次循环时残留物或产气对电池长循环性能的影响.这些策略有望进一步推动力离子电池的发展. 相似文献
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提高动力电池的能量密度将显著延长续航里程,对发展电动汽车具有重要的意义.中国科学院在2013年底部署了中国科学院战略性先导科技专项,通过合作研究,积极探索了第三代锂离子电池,固态锂电池,锂-硫电池和锂-空气电池等电池体系.其中,采用纳米硅碳负极,富锂正极的24 A·h的锂离子电池单体,质量能量密度达到374 W·h/kg,体积能量密度达到577 W·h/L.8 A·h固态聚合物锂电池60 ℃下能量密度达到240 W·h/kg,基于无机陶瓷固态电解质的固态锂电池室温下能量密度达到240 W·h/kg.37 A·h的锂硫电池单体室温能量密度达到566 W·h/kg,50 ℃达到616 W·h/kg.5 A·h锂空气电池单体能量密度达到526 W·h/kg.目前这些样品电池在综合技术指标方面离实际应用还有较大的距离,需要进一步深入细致的进行基础科学与关键技术方面的研究.从长远考虑,电池能量密度的提高必然进一步增加电池安全性风险,因此不同形式的固态锂电池将是未来长续航动力锂电池的发展方向. 相似文献
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Designing separators with excellent electrolyte wettability is of great significance to improve the electrochemical behavior of lithium‐ion batteries (LIBs). Herein, we develop a sandwich‐structured separator by facile in situ polymerization of polyaniline (PANI) on the both sides of polypropylene (PP) separator. The introduction of PANI coating improves the electrolyte wettability of the PP separators. Consequently, the cells equipped with this sandwich‐structured separator demonstrate superior electrochemical performance including initial capacity, rate performance, and cyclic stability compared with the PP separator. This work may provide a facile approach for separator modification to improve the performance of LIBs. 相似文献
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Henrik Beelen Kartik Mundaragi Shivakumar Luc Raijmakers M.C.F. Donkers Henk Jan Bergveld 《国际能源研究杂志》2020,44(4):2889-2908
In order to meet the required power and energy demand of battery-powered applications, battery packs are constructed from a multitude of battery cells. For safety and control purposes, an accurate estimate of the temperature of each battery cell is of vital importance. Using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the battery temperature can be inferred from the impedance. However, performing EIS measurements simultaneously at the same frequency on each cell in a battery pack introduces crosstalk interference in surrounding cells, which may cause EIS measurements in battery packs to be inaccurate. Also, currents flowing through the pack interfere with impedance measurements on the cell level. In this paper, we propose, analyse, and validate a method for estimating the battery temperature in a battery pack in the presence of these disturbances. First, we extend an existing and effective estimation framework for impedance-based temperature estimation towards estimating the temperature of each cell in a pack in the presence of crosstalk and (dis)charge currents. Second, the proposed method is analysed and validated on a two-cell battery pack, which is the first step towards development of this method for a full-size battery pack. Monte Carlo simulations are used to find suitable measurement settings that yield small estimation errors and it is demonstrated experimentally that, over a range of temperatures, the method yields an accuracy of ±1°C in terms of bias, in the presence of both disturbances. 相似文献
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Abhinav Sharma Yashodhan Patil Ravi Krishnaiah PhD B. Ashok PhD Akhil Garg PhD Liang Gao PhD 《亚洲传热研究》2020,49(8):4626-4656
Lithium-ion cells are preferred in the electrical powertrain due to high-power density, compactness, and modularity. In real driving conditions, the cells undergo discharge rates as high as 4 C resulting in high heat generation affecting the performance. To obtain the maximum performance the pack construction and thermal management of cells are crucial parameters. In our work, air-cooled technique with diverse air inlet and staggered scheme with a two-channel partition approach for thermal management of the cylindrical lithium-ion cells are studied in computational fluid dynamics. The simulation model is validated with experimental results. The obtained results demonstrate that the cells in the dual-directional air inlet arrangement had low maximum temperature difference among and within the cells and required least fan work. This arrangement required least fan work to generate optimal air inlet velocity of 2 m/s for 1, 2, and 3 C and 4 m/s for 4 C discharge rates. There is a reduction of 50% and 33% fan work for 3 and 4 C discharge rates, which are the majority operating points. Also, it shows that the temperature uniformity within the cells has improved. The results of this study can used to optimize parameters for designing an enhanced thermal management system. 相似文献