几种值得关注的新型锂离子电池

锂电池包括一次锂电池和二次锂电池,顾名思义,后者可循环使用而前者是一次性的。一次锂电池技术较为成熟,但只在一些特定用途上应用。二次锂电池包括锂离子电池、钒锂电池、锂硫电池、锂空气电池等多种。学术范畴上讲的锂电池仅指一次锂电池,而大家所俗称的锂电池实际上是指锂离子电池。当前盛行的锂离子电池最主要特     

恒功率工况对锂离子电池循环性能的影响

为掌握锂离子电池在恒功率充放电工况下的运行特性,并探究该充放电方式对电池循环性能的影响,对磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和锰酸锂电池进行3 h时率恒流恒压充电/恒流放电和恒功率充放电测试,对比分析了两种工况下电池的容量、能量、效率等性能参数。结果表明在3 h充放电倍率下,恒功率充放电工况对磷酸铁锂电池和锰酸锂电池的循环性能并未产生显著的不良影响。经过100次循环后,两种工况下磷酸铁锂扣式电池均表现出超过90%的容量保持率;商品磷酸铁锂电池容量和能量保持率则均超过99%,能量效率达95%。但是,相比于恒流恒压工况,磷酸铁锂电池在恒功率工况下释放的容量、能量略低。锰酸锂电池在两种工况下的容量和能量性能高度重合,但衰减都比较快,100次循环后的容量保持率仅为81.7%。对于钴酸锂电池,恒功率工况显著加剧了其容量和能量的衰减速度,100次循环后能量保持率仅为55.5%,远低于恒流恒压工况下的75.2%。     

全固态锂电池中金属锂负极及其界面设计的研究进展

锂金属具有低的氧化还原电位(-3.04 V vs标准氢电极)和高比容量(3860 mAh/g),是理想的锂二次电池负极材料.由金属锂负极/固态电解质/嵌锂正极组装的固态锂电池,有望成为未来航空航天、机器人、高端电子和电动汽车等相关技术产业的动力源.然而,在充放电过程中,由于锂的不均匀沉积-溶解造成锂与电解质接触面产生大量树枝状枝晶,并沿着电解质方向不断生长,最终造成电池内部短路而失效.使用较高杨氏模量的固态电解质,可以很大程度上阻挡锂枝晶的生长,但仍不能满足电池长循环和安全性的要求.此外,金属锂与固态电解质表面是固固接触,造成了界面电阻大以及金属锂与固态电解质的界面反应等问题,这严重阻碍了固态锂金属电池的发展与使用.本文综述了近年来基于固态电解质的金属锂电池抑制锂枝晶生长和提高固固界面相容性的相关策略,并对金属锂/固态电解质界面设计的发展趋势进行展望.     

金属锂负极的关键技术与研究进展

综述了近几年科研工作者基于金属锂负极本身的改性的最新研究进展。金属锂的理论质量比容量达3860 mAh/g,密度为0.534 g/cm^3,标准还原电位为-3.045 V,这些优势使得金属锂成为下一代理想的锂二次电池(如锂硫、锂空气电池等)的负极材料。然而,锂离子的不均匀沉积导致的锂枝晶生长、体积膨胀及其随之带来的电池安全隐患和循环寿命的降低等缺陷严重困扰着金属锂电池的发展。本文从机械地增加锂负极的表面积、锂合金负极及混合锂负极、锂负极表面层以及二维三维基底四个方面对金属锂负极的改性进行分析。最后提出要实现金属锂电池的产业化,应从解决锂枝晶和体积膨胀两个方面,通过结合不同改性方法进行研究探索。     

新能源材料

欧盟研发出能量密度超过310Wh/kg的电动汽车锂硫电池欧盟“地平线2020”框架计划支持的欧洲最关键锂硫电池研究项目——适用于电动汽车的锂硫电池项目(ALISE)目前已研发出能量密度超过310Wh/kg的锂硫电池。该类电池更轻便,能量密度大,且无需关键性原材料。     

下一代二次锂电池发展趋势及展望

锂电池包括一次锂电池和二次锂电池,顾名思义,后者可循环使用而前者是一次性的。一次锂电池技术较为成熟,但只在一些特定用途上应用,目前市场很小。二次锂电池主要有2大类,一类是正极材料采用含锂的氧化物电池,通常称为锂离子电池;另一类是负极材料采用金属锂的电池,这一类电池主要包括锂硫电池和锂空气电池,以及目前尚未统一名称的一些新型二次锂电池。现阶段市场占据绝对统治地位的是锂离子电池。     

全固态锂电池有机-无机复合电解质研究进展

目前锂离子电池由于使用液态电解液面临着诸多问题，如工作温度范围窄、热稳定性差、容易泄露和生成锂枝晶等。发展全固态锂电池是提升电池能量密度和安全性的可行途径之一，而作为锂电池材料研究热点的有机-无机复合固态电解质，由于其兼具有机物和无机物的优点，有望运用于下一代全固态锂电池之中。本文首先概述了固态电解质的种类及传导机制，而后详细阐述了有机-无机复合固态电解质中聚合物基质和锂盐的选择以及不同维度无机填料对电解质性能尤其是力学性能的影响，最后提出了有机-无机复合固态电解质的研究总结与展望。     

一种安全、价廉并可快速充电的车用锂电池

麻省理工学院的科研人员研制出一种新型锂电池，该种新型锂电池用于电动混合动力汽车用电池组更为价廉。作为小型电力设备的动力装置，锂镍锰氧化物电池组比锂钴氧化物电池组更稳定、更安全。麻省理工研制的新型电池采用了比钴更便宜的锰和镍。     

锂硫电池隔膜改性研究进展

锂硫电池因高比容量和高能量密度引起了研究者们的广泛关注,成为新型锂电池研究热点之一。隔膜作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池各方面性能的关键。现阶段锂硫电池隔膜改性工作主要集中于高性能涂层材料的设计与合成以及新型隔膜材料的开发。本文综述了锂硫电池隔膜改性的研究现状,分别从碳涂层隔膜、元素掺杂碳涂层隔膜、金属氧化物/碳复合涂层隔膜、新型薄膜材料和多层隔膜等五个方面进行介绍,指出了从隔膜入手提高导电性、抑制穿梭效应、减轻锂电极腐蚀,从而提高电池电化学性能的重要性。     

基于锂盐的新型锂电池电解质研究进展

随着新能源汽车、可携带式电源和储能等领域的快速发展, 人们对锂电池性能提出了更高的要求, 高性能锂离子电池的重要性日益突出。电解质是锂离子电池的重要组成部分, 对于电池的输出电压、倍率性能、适用温度范围、循环性能和安全性能等有着重要的影响。而锂盐作为液体电解质(电解液)的关键组分, 是决定电解液性能的重要因素。电解液中不同种类的锂盐及其在溶液中不同的溶剂化状态, 会对电极/电解液界面的成膜性能和锂离子的迁移行为等产生重要影响, 进而显著影响电解液的电化学性能。本文介绍了近年来新型电解质锂盐的性质特点和在不同种类电池中的应用。同时, 单一的锂盐不能完全满足锂电池对电解液的要求, 因而人们尝试采用复合锂盐使功能更完善, 催生了多盐体系电解液。多盐体系电解液在拓宽电池工作温度、抑制金属离子溶出和提高倍率性能等方面表现出明显优势。同时, 借助于浓度的提升改变锂离子的溶剂化结构, 研究人员提出了高浓度电解液。高浓度电解液在防止石墨剥离、拓宽电解液电化学窗口、抑制铝箔腐蚀和提高金属锂沉积/溶出性能等方面具有明显优势。并且, 本文重点讨论了这两种电解液对电池性能提升的机理。最后, 对锂盐基电解液尤其是这两类新型电解液的发展趋势和应用前景进行了展望。     

磷酸铁锂渐成锂离子电池材料发展主流

2008年6月,第十四届国际锂电池会议在天津滨海新区召开。与会专家一致认为,相对于传统的铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池等其他二次电池,锂离子电池以其电容量大、安全性佳、体积轻巧、耐高温及循环寿命长等优异性能正在逐步占领市场,未来将成为二次电池市场的主力;锂离子电池的重要构成部分——正极材料,对锂离子电池的发展起着决定性的作用,目前常用的锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、镍钴锰、锰酸锂、磷酸铁锂,其中磷酸铁锂以其明显的优势获得了业内人士的认可,大家一致认为未来2—3年内磷酸铁锂必将成为锂离子电池材料的主流。     

高性能锂金属电池负极结构设计及界面强化研究进展

锂离子电池(LIBs)作为目前使用最广泛的二次电池,绝大多数以理论比容量较低的石墨(372 m Ah/g)为负极,已无法满足人们日益增长的对电池储能性能的要求。金属锂因其超高的理论比容量(3 860 m Ah/g)和最低的还原电势(-3.04 V,相比于氢标准电极)被看作是下一代高能量密度可充电锂电池最理想的负极材料。尤其是当金属锂与硫、氧组成锂-硫或锂-氧电池体系时,其理论能量密度远超锂离子电池,受到研究者的广泛关注。然而,库伦效率低和稳定性差一直是限制锂金属电池商业化应用的关键因素。当金属锂直接用作电池负极时,其易与电解液反应,在其表面形成一层脆弱的固态电解质中间相(SEI)膜。电池循环时,负极体积膨胀会破坏SEI膜,诱导锂枝晶和“死锂”形成,造成不可逆的容量损失。此外,锂枝晶生长至一定程度后会刺穿隔膜,导致电池内部短路甚至发生爆炸,引发严重的安全问题。为了解决上述问题,研究者们在锂金属负极失效机制、结构设计及界面强化等方面进行了许多探索。一些研究枝晶生长的理论模型如Chazalviel-Brissot模型、Yamaki模型和静电屏蔽模型等已受到广泛认可。在此基础上,研究者们尝试通...     

钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂材料性能研究

本文对锂电池常用的三种正极材料，即钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂的材料性能进行了具体分析，从而探讨了三种材料在锂电池正极材料选择中的优势和特征，及其特定的应用价值。     

半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能EI北大核心

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料,但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题,本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料,HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度,丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积,从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^(-2)、沉积电量为1.0 mAh·cm^(-2)条件下可以循环超过250周次,其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO_(4))正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO_(4)全电池,在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^(-1),较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO_(4)全电池(60.8 mAh·g^(-1))提升了32.8 mAh·g^(-1)。     

锂电池和锂离子电池的危险性研究

随着锂和锂离子电池应用的不断增加,在其使用、储存、处理和废弃过程中也呈现出越来越多的危险性。锂和锂离子电池的电解质是可燃物质,会引起火灾,其热稳定性分别由CHETAH和DSC评估和测定。另外,锂电池、氧化银电池和碱性电池的热稳定性通过在一个改性的密闭压力容器中测定（MCPVT）。结果表明锂电池比其它电池的危险性更大。锂电池对力学冲击（如落锤试验）的敏感度高于其它电池。其爆炸威力（如对弹道冲击）也高于其它电池。     

半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能EI

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料,但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题,本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料,HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度,丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积,从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^(-2)、沉积电量为1.0 mAh·cm^(-2)条件下可以循环超过250周次,其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO_(4))正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO_(4)全电池,在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^(-1),较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO_(4)全电池(60.8 mAh·g^(-1))提升了32.8 mAh·g^(-1)。     

半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料，但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题，本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料，HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度，丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积，从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^-2、沉积电量为1.0 mAh·cm^-2条件下可以循环超过250周次，其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO₄)正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO₄全电池，在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^-1,较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO₄全电池(60.8 mAh·g^-1)提升了32.8 mAh·g^-1。     

锂电池和锂离子电池的危险性研究（英文）

随着锂和锂离子电池应用的不断增加,在其使用、储存、处理和废弃过程中也呈现出越来越多的危险性。锂和锂离子电池的电解质是可燃物质,会引起火灾,其热稳定性分别由CHETAH和DSC评估和测定。另外,锂电池、氧化银电池和碱性电池的热稳定性通过在一个改性的密闭压力容器中测定(MCPVT)。结果表明锂电池比其它电池的危险性更大。锂电池对力学冲击(如落锤试验)的敏感度高于其它电池。其爆炸威力(如对弹道冲击)也高于其它电池。     

电解液化学保护锂金属电池负极的研究进展

锂金属电池被认为是最具潜力的高能量密度储能器件之一,但是锂金属电池负极低库仑效率及不可控的枝晶生长等问题阻碍了其商业化进程.在锂金属电池中,电解液会直接参与固态电解质界面膜(SEI)的形成,对锂金属负极的库仑效率、枝晶生长等产生重要影响.传统LiPF6基酯类电解液中,锂金属库仑效率低,且锂枝晶现象严重.近年来通过电解液添加剂、溶剂、锂盐以及锂盐浓度等途径调控电解液化学,在锂金属负极保护上取得了显著效果.例如,采用与锂金属负极兼容性更佳的醚类溶剂,可以降低电解液与锂金属的反应性;采用多种添加剂与新型锂盐复配可以有效抑制锂枝晶的形成;采用高浓度锂盐电解液,可以形成稳定SEI膜等.本文综述了锂枝晶的生长原理以及通过溶剂、锂盐、添加剂和高浓度电解液等策略调控电解液化学保护锂金属电池负极的研究现状,总结了各种途径的优势及局限性.并对锂金属电池电解液的发展提出了新的见解,以激发新的策略面对锂金属电池后续的挑战.     

锂空气电池性能改善方法的研究进展

锂空气电池是一种高能量密度的清洁储能设备,其应用对于缓解能源危机和环境压力具有重要意义。当前,锂空气电池性能仍受到阳极锂腐蚀、电解质分解、充放电效率低的影响。本文结合国内外研究最新进展,从阳极锂保护、电解质及添加剂的使用、氧化还原中间体和多孔阴极结构等方面探讨改善锂空气电池稳定性、提高放电产物分解速度、降低充放电过电位的方法,并对锂空气电池的应用前景进行展望。