锂二次电池中的有机和高分子含氟材料

锂离子二次电池兼具高比能和高倍率特性,是目前最为理想的动力与储能电源体系。锂电池的发展主要依赖于电池关键材料的突破,而含氟材料因其结构稳定性好、安全性高而应用广泛。系统介绍了锂二次电池中涉及的溶剂和添加剂、隔膜和粘结剂等含氟材料,着重对其应用特点和研究现状等进行了总结,并对相关领域的发展方向进行了展望。     

锂离子电池中的含氟电极和电解质材料

绿色能源技术和低碳经济的发展对高性能锂离子电池提出了越来越高的要求。锂离子电池的发展主要依赖于电池材料的突破,而含氟材料因其结构稳定性好、安全性高而广泛应用。系统介绍了锂离子电池中涉及的含氟电极和电解质材料,着重对其应用特点和研究现状等进行了总结,并对锂电池相关含氟材料的发展方向进行了展望。     

隔膜中残油量对锂电池性能的影响

锂离子电池隔膜在锂离子电池中主要起隔绝正负极防止短路和允许锂离子导通的作用[1],因此,锂离子电池隔膜品质的优劣直接影响到锂离子电池的应用性能。在锂电池隔膜制备的过程中,以石蜡油作为造孔剂,用热致相分离法制备聚乙烯微孔膜,石蜡油的残留不可避免。本文研究了隔膜中石蜡油的残留量对电池自放电、倍率放电、高温存储、循环性能等应用性能的影响。研究结果表明,残油量越低锂电池的应用性能越优。     

锂离子电池正极涂层孔隙结构优化的数值模拟

以磷酸铁锂(LFP)为正极材料的锂离子电池在电子产品、电动汽车等领域应用广泛,但其能量密度仍有待提升以进一步满足不同场景应用需求。锂离子在正极孔隙电解液中的扩散过程是LFP锂离子电池性能的控制因素之一,通过优化电极孔隙结构可以在一定程度上减小锂离子在电解质中的扩散阻力进而提升能量密度。采用准二维模型描述电池内部的传质电化学过程,考察了当锂离子电池正极孔隙存在梯度分布后对锂离子电池能量密度的影响及作用机理。通过对比孔隙率均匀分布和梯度分布的电池模拟结果,发现孔隙率的梯度分布能提高单位活性材料的利用率,提升电解质通量和电极活性材料的嵌锂量,从而增加电池能量密度。随着电极厚度的增加,孔隙率分布的梯度越大,对能量密度的提升效果越显著,研究结果对于厚电极涂层的制备工艺具有重要意义。     

磷酸铁锂正极材料的制备及性能强化研究进展

橄榄石型磷酸铁锂是目前应用十分广泛的锂离子电池正极材料之一,具有成本低、安全性高、环境友好、循环寿命长和工作电压稳定的特点。近年来,随着CTP技术、刀片电池技术等取得的突破性进展,磷酸铁锂的商业化程度得到了大幅提高。但磷酸铁锂存在电子导电性较差和离子扩散系数低的缺陷,严重限制了锂离子电池的电化学容量,因此开展磷酸铁锂制备工艺和性能强化研究对磷酸铁锂的性能提升具有重要意义。对比了磷酸铁锂电池与其他正极材料锂离子电池的性能差异和发展现状,系统总结了磷酸铁锂正极材料制备与强化的改性方法及相关研究进展与挑战,并提出了未来的发展方向与研究思路。     

电纺法制备锂电池纳米纤维材料的结构及应用

近年来,静电纺丝技术制备锂离子电池材料的研究在国际上相当活跃。介绍了静电纺丝技术制备的锂离子电池纳米纤维材料的结构,以及静电纺丝技术在制备氧化物、碳材料、聚阴离子材料、镍钴锰三元锂离子电池正负极材料和制备锂离子电池隔膜中的应用。静电纺丝这一纳米技术应用于锂离子电池领域,对于提高电池的能量密度、功率密度有着广阔的前景。相信随着研究的不断深入,静电纺丝技术制备锂离子电池材料将更加成熟并取得更多的突破。     

动力锂离子电池仿真模型研究进展

锂离子电池作为新能源电动汽车优异的动力来源受到广泛关注,获得高性能的锂离子电池对电动汽车的发展至关重要。数值仿真技术突破了传统实验的限制而极大地促进了锂离子电池的研究工作。高效、实用的仿真模型可以将多种化学反应及物理场相互耦合,预测多种因素对于电池各种性能的影响,使仿真结果尽可能地接近真实情况。本文主要介绍了仿真研究的优势和重要意义,分别从电池热模型、电学特性模型、老化模型等出发,比较了众多仿真模型针对锂离子电池性能的仿真结果,总结不同模型的优势以及存在的薄弱环节,并提出仿真研究以后的发展趋势为：①从机理出发,研究多物理场相互作用关系,实现多场耦合;②从模型和算法入手,扩大模型的研究范围,兼顾简化模型和提高精确度;③从电池本身入手,注重电池材料的性能改善以及成组方式和结构优化。     

支撑国家新能源战略发展的锂资源开发

锂作为支撑新能源战略发展的核心元素,其开发与供给与国民经济息息相关。在“双碳”目标下,中国对锂及其化合物的需求急速上涨,是全球最大的锂消费国,对外依存度高。世界范围内锂资源主要赋存于矿石和盐湖卤水中,是当今国内外锂资源开发的重中之重;随着循环理念与技术的发展,城市矿山中二次锂资源的开发将彰显巨大潜力。总结了从硬岩锂矿、盐湖卤水、退役锂电池中提锂的工业方法及新技术研究进展。其中,硬岩矿提锂工艺的发展方向是低耗减碳;卤水提锂技术应因地制宜、一湖一策,多元分离技术组合应成为未来锂工程建设的最佳选择;重视退役锂电池材料再制备技术研究,可以大大降低锂电发展对自然资源的依赖,是新能源战略可持续发展不可或缺的一环。     

碳酸锂的制备及其纯化过程的研究进展

近年来,随着锂离子电池的广泛应用及动力汽车产业的兴起,锂的需求量逐年增加. 碳酸锂作为一种最重要的基础锂盐,在锂离子电池中广泛应用,主要用于合成锂离子电池正极材料. 目前,高纯碳酸锂主要通过从矿石提锂浸出液或盐湖卤水中经过纯化工艺制备. 纯化方法主要包括碳化法、苛化法、电解法、碳酸锂重结晶法及离子交换法等. 但碳酸锂制备和纯化过程中存在诸多问题,如锂钠的深度分离、高纯碳酸锂的制备等. 本工作对碳酸锂制备及纯化方法进行综述,指出了碳酸锂制备及纯化过程中存在的主要问题及未来的发展方向.     

基于LiPF6的锂离子电池电解液的发展现状

近年来随着社会的发展和科技的进步,锂离子电池已成为重要的主流动力电池之一。分别从溶剂和添加剂2个方面综述了基于LiPF6的锂离子电池电解液的发展现状,详细介绍了适用于锂离子电池电解液的溶剂和添加剂,应用于锂离子电池电解液的常用有机溶剂有碳酸酯类、醚类和羧酸酯类有机溶剂,添加剂以其作用目的区分,可分为SEI成膜添加剂、导电添加剂、稳定添加剂、控制水分和游离酸添加剂、抗过充添加剂、阻燃添加剂及浸润性添加剂等;展望了锂离子电池电解液的研究方向。     

钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

绿色能源的应用,促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一,已被应用于各种电子产品中,但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加,限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此,寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理,而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点,有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展,首先根据钠离子在负极材料存储方式不同,分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制,然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式,随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题,最后,以实际生产和工业应用为基础,展望了钠离子电池负极材料的研究方向。     

锂硫电池正极材料的研究进展

世界能源短缺危机日益严重,发展可再生能源成为必然趋势,而储能系统的研究则成为其中的关键。另外,锂离子电池在电子设备中有着重要的作用,但是其较低的理论比容量,使之难以满足大型电子设备的需求。锂硫电池具有数倍于锂离子电池的理论比能量密度(2 600 Wh·kg^-1)和理论比容量(1 675 mAh·g^-1),而且单质硫储量丰富、价格低廉,因此锂硫电池是非常具有应用前景的储能器件。正极材料对锂硫电池性能具有重要的影响,并得到广泛研究。本文综述了近年来硫/碳、硫@碳/金属化合物、硫/杂原子掺杂碳以及负载催化剂的硫/碳等各类复合材料在锂硫电池中的研究进展,并对其发展进行了展望。     

锂离子电池安全材料的研究进展

锂离子电池因其清洁、充放电快、高能量密度等优点广泛应用于电动汽车。最近,电动汽车起火、爆炸事故引起人们对锂离子电池安全性的担忧。针对锂离子电池电解液易燃、易爆、易泄漏等安全问题,本文综述了电解液中加入阻燃剂磷酸酯、离子液体、氢氟醚的最新研究进展及其优缺点。电池如果在过充危险状况下会造成热积累,进而引发电池内部一系列危险副反应。本文还总结了氧化还原保护和电聚合保护两种措施来避免电池过度充电的研究进展。由于锂电池发生危险事故前内部会有一个热积累过程以及随着电池内部温度上升隔膜难以保持其力学性能,本文分别从热响应开关正极材料和安全隔膜两部分阐述了近年来锂离子电池内部热积累的应对策略,以期为最终解决锂离子电池的安全问题指明方向。     

锂离子电池隔膜材料研究进展

近年来,锂离子电池技术发展迅速,隔膜作为电池中的核心材料之一,决定着锂离子电池的性能,因此隔膜材料及制备技术亟需被深入研究。目前,商业化的锂电池隔膜以聚烯烃隔膜为主,制备工艺正从干法向湿法过渡,但是近几年已经发展出了不同材料体系、不同制备工艺的隔膜。本文简要介绍了聚烯烃隔膜生产技术,重点综述了非织造隔膜材料、涂层以及新型隔膜制备技术的研究成果,并展望了锂电池隔膜的发展方向。     

高纯六氟磷酸锂晶体产业化制备工艺研究进展

六氟磷酸锂(LiPF6)为三方晶系白色晶体,是锂离子电池电解液的关键材料. 近年来随着新能源汽车的高速发展,锂离子电池及相应电解质盐(LiPF6)需求快速增长. LiPF6易潮解、热稳定性差、腐蚀性强,合成中需采用多种有毒且强腐蚀性的原料,操作需在无水无氧环境下进行,涉及多步高低温处理过程,开发一种可工业化的高纯电子级晶体制备工艺具有重大意义. 目前已有多家国内企业开发了规模化制备工艺,但仍有很大改进和提升空间. 本工作综述了LiPF6的主要合成方法和国内主要生产企业的工艺开发进展,为未来LiPF6生产工艺升级改造提供参考和指导. 对锂离子电池的市场需求、电解质在锂离子电池中的作用、LiPF6规模制备工艺及最新LiPF6项目增产、投产状况进行了论述和分析.     

钠离子电池中关键材料及技术的发展与前景

钠离子电池因其储量大、成本低和高安全性等优势,成为锂离子电池的有效替代品,可在一定程度上缓解锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题。本文对钠离子电池发展现状、面临的挑战以及未来发展趋势进行梳理分析,并精选钠离子电池最新前沿综述,包括正极材料、负极材料和先进表征技术等,探讨当前钠离子电池的研究热点,为新能源材料领域技术研究提供参考。     

Remaining useful life prediction of lithium-ion battery based on an improved particle filter algorithm

Because lithium-ion batteries are the main power source of industrial electronic equipment, their degradation process modelling and remaining useful life (RUL) prediction problems have attracted wide attention. The particle filter (PF) method has been successfully applied to suppress the model uncertainty and predict the RUL of the lithium-ion battery. In order to further enhance the stability of the PF method and realize a more satisfactory prediction result, a RUL prediction method based on the hybrid algorithm, which combines the PF algorithm and extended unbiased finite impulse response (EFIR) filter, is proposed. Firstly, the state space model of capacity degradation for the lithium-ion battery is established, and the model parameters are estimated by the extended Kalman filter (EKF) algorithm. Secondly, a preliminary battery capacity is predicted by using a regularized particle filter. The preliminary predictions with large deviations are diagnosed and repaired by combining the EFIR filter and diagnostic strategy. Finally, the optimized RUL prediction results of the lithium-ion battery are extrapolated based on the failure threshold. The experiment results demonstrate that the proposed method has good stability and accuracy in predicting the RUL of a lithium-ion battery.     

Investigation on the solid electrolyte interface formed on pyrolyzed photoresist carbon anodes for C-MEMS lithium-ion batteries

Carbon-microelectromechanical systems (C-MEMS) obtained from the pyrolysis of patterned photoresists are a powerful solution for the miniaturization of energy storage/conversion devices such as fuel-cells and microbatteries. The 3D shapes and the high aspect ratio of the resulting carbon structures are critical factors in applications where specific surface area plays a key role. Furthermore, lithographic techniques used in the C-MEMS technology may solve the downscaling problems of conventional carbon manufacturing techniques. The application of C-MEMS as a lithium-ion battery anode has already been demonstrated in our previous work. It is well known that a protective film, referred to as the solid electrolyte interface (SEI), forms on carbonaceous materials used as negative electrodes in commercial lithium-ion batteries. The passivating film forms during the first battery charging cycle. Detailed SEI investigations of this film, made up of electrolyte decomposition products, have not been explored yet. In this paper the evolution of the pyrolyzed carbon/electrolyte interface functioning as a lithium-ion battery anode is studied and discussed in detail.     

锂离子电池异构建模及内部传质机理探究：粒径分布的影响

锂离子电池是目前应用较广的储能设备,具有能量密度高、使用寿命长等特点。随着锂离子电池正极材料实际能量密度接近理论值,电池组装工艺参数的优化成了提升其性能的重要途径,其中电极颗粒粒径及分布是十分重要的参数。因此,本文针对石墨-LiFePO₄体系锂离子电池,利用异构模型构建单粒径和双粒径电极的几何结构,再结合Newman模型模拟其放电过程,定量研究了正极材料粒径分布对锂离子电池性能的影响,探究了存在粒径分布的电极中不同粒径的颗粒在充放电过程的作用机制。模拟结果表明,粒径的减小可以减小固相扩散系数对电池性能的影响,但会增加液相扩散阻力;而粒径的分布可以促进锂离子在电解液中的扩散,提高小粒径颗粒的锂嵌入量,但会引起极化增大,导致大颗粒的锂嵌入量降低。粒径分布宽度越大,总体粒度越大,锂离子电池的能量密度越小。选择合适的粒径分布宽度,适当减小总体粒度的大小,能有效提升电极的能量密度。研究结果对于锂离子电池电极活性材料颗粒粒径分布的选择提供了有益的基础知识和指导。     

锂离子电池正极材料的现状与发展

介绍了锂离子正极材料氧化钴锂、氧化镍锂、氧化锰锂、磷酸铁锂等研究开发和现状,对其特性进行了较为全面的总结。