锂金属参比电极稳定性研究

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。     

有机溶剂浸泡法回收再利用锂离子电池钛酸锂负极材料

利用有机溶剂法回收了废旧锂离子电池中的钛酸锂负极材料,并对回收的钛酸锂材料的结构、形貌和电化学性能进行了测试。XRD结果表明,材料除炭后添加适量锂源进一步合成得到的产物具有尖晶石结构,且不含其他的杂质。SEM图像显示,其颗粒分布均匀、无团聚现象。EIS结果表明,最终回收的钛酸锂电极材料比未添加锂源进行煅烧处理的材料具有较小的电荷转移阻抗和较高的锂离子扩散系数。在0.1 C倍率下,经过100次循环后其容量保持率为92.4%,具有优异的循环稳定性和可逆性,可以实现循环利用。     

A review on lithium iron phosphate cathode materials

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.     

Research progress in blending modification cathode materials for lithium ion batteries

本文简述了国内外锂离子电池正极材料共混改性的研究进展。正极材料是锂离子电池重要组成部分，是决定锂离子电池能量密度和成本的关键因素。共混改性具有制备工艺简单、材料性能一致性容易控制、综合成本较低等优点，在钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料电池制造中得到应用。国内外通过对正极材料共混改性机理研究，发现共混改性是材料改善电化学性能、降低成本、提升安全性能的有效途径，并有望发展成为依据材料特性指导锂离子电池高性能电极设计的重要方法。同时在正极材料共混改性方面亟需加强共混材料物性匹配、充放电机制选取、共混工艺研究，该方法也为高镍、富锂锰基等新一代正极材料工业化应用提供了工艺参考。     

Recent developments and likely advances in lithium-ion batteries

Advances in lithium-ion battery technology since the last International Power Sources Symposium in Amsterdam in September 2003 are reviewed.Cost and safety are still seen as important factors limiting further expansion of application of lithium-ion batteries.Lithium bis-oxalato borate electolyte salt and lithium iron phosphate cathode material are being actively investigated.     

High safety electrolyte for lithium-ion battery

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。     

Ionic liquids as electrolytes for Li-ion batteries—An overview of electrochemical studies

The paper reviews properties of room temperature ionic liquids (RTILs) as electrolytes for lithium and lithium-ion batteries. It has been shown that the formation of the solid electrolyte interface (SEI) on the anode surface is critical to the correct operation of secondary lithium-ion batteries, including those working with ionic liquids as electrolytes. The SEI layer may be formed by electrochemical transformation of (i) a molecular additive, (ii) RTIL cations or (iii) RTIL anions. Such properties of RTIL electrolytes as viscosity, conductivity, vapour pressure and lithium-ion transport numbers are also discussed from the point of view of their influence on battery performance.     

The electrochemical insertion and safety properties of the low-cost Li-ion active material, Li2FeS2

The electrochemical insertion properties and safety characteristics of the alternative Li-ion positive electrode material, lithium iron sulfide (Li₂FeS₂) are presented. The active material is synthesized by a low cost, proprietary solid-state method. In terms of specific energy, the Li₂FeS₂ material offers a significant advantage over conventional lithium-ion positive electrode materials. The fully de-lithiated (charged) Li_2−xFeS₂ phase also demonstrates outstanding thermal stability suggesting that it may represent an excellent choice for safe, large format Li-ion battery applications.     

废旧三元锂离子电池正极有价金属的回收工艺研究

随着电动汽车和大规模储能市场的快速发展,锂离子电池的销量快速增长,随之产生的废旧锂离子电池数量也日益增长。其中,三元正极锂离子电池含有锂、镍、钴、锰等有价金属,具有较高的回收价值。本文以废旧三元锂离子电池正极片为原料,采用高温热处理法去除正极中的粘结剂和导电碳,以提高有价金属在酸液浸出的回收率。重点考察了高温热处理的温度和时间对有价金属酸浸出率的影响。结果表明:当三元正极热处理温度为650℃、时间为120 min时,正极中粘结剂和导电碳分解完全;在酸浸实验中,在硫酸浓度为4 mol/L,H₂O₂体积含量为11.1%、固液比为55.5g/L、反应温度为80℃、反应时间为2 h条件下,锂、镍、钴、锰的浸出率分别达到99.5%、98.9%、98.7%、98.7%。     

动力电池及充电基础设施技术发展对电动汽车能量补给方式的影响研究

电动汽车能量补给有两种典型模式—电池充电和电池更换,选择何种模式与动力电池的尺寸重量、能量密度、制造成本、电池管理系统及充电设施均有着密切的联系。对目前在国内外电动汽车上应用最广泛的磷酸铁锂和三元材料锂离子电池的发展水平进行了描述,同时分析了电动汽车充电和换电两种模式对电动汽车动力电池及充电基础设施等因素的要求,提出了电动汽车能量补给在何种条件下适合采用充电或换电模式的结论。     

Research progress on pre-lithiation in carbon-based lithium-ion capacitor

锂离子电容器属于非对称型超级电容器,通常由电池型负极和电容型正极共同置于有机锂盐溶液中组装而成,兼具超级电容器的高功率特性和锂离子电池的高能量密度,在智能电网、轨道交通、新能源汽车等多个领域具有广阔的应用前景。炭材料由于来源广泛、价格低廉、性能稳定,是锂离子电容器的首选电极材料。因此,炭基锂离子电容器具有竞争性的产业化前景。负极预嵌锂技术对于炭基锂离子电容器的电化学性能具有决定性影响。本文从锂源引入位置的角度,系统回顾了锂离子电容器负极预嵌锂技术的进展情况,并就负极预嵌锂过程中的关键控制因素做了梳理,有助于全面了解负极预嵌锂技术的研究现状,为锂离子电容器的进一步发展提供科学参考。     

Recent research progress of Li4Ti5O12 as anode materials for lithium-ion batteries

锂离子电池凭借诸多优势广泛应用于便携式电子产品（3C）领域,在电动汽车及可穿戴设备方面具有巨大应用前景,是未来最具潜力的储能电池之一。作为一种锂离子电池负极材料,尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂相比石墨负极具有较高嵌锂电位,且"零应变材料"的特性决定Li₄Ti₅O₁₂材料具有较好的循环稳定性及热稳定性,从而备受关注。本文简要介绍了钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）的结构和性能,详细阐明了Li₄Ti₅O₁₂的嵌锂机制、制备及改性方法,总结了相应制备及改性方法对Li₄Ti₅O₁₂材料的充放电特性、循环性能等电化学性能的影响,针对Li₄Ti₅O₁₂的胀气产生原因、机制和胀气解决方法进行简单阐述,并对纯电动乘用车的应用前景提出了几点建议。     

Lithium insertion in graphite from ternary ionic liquid-lithium salt electrolytes: I. Electrochemical characterization of the electrolytes

In this paper we report the results of chemical-physical investigation performed on ternary room temperature ionic liquid-lithium salt mixtures as electrolytes for lithium-ion battery systems. The ternary electrolytes were made by mixing N-methyl-N-propyl pyrrolidinium bis(fluorosulfonyl) imide (PYR₁₃FSI) and N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide (PYR₁₄TFSI) ionic liquids with lithium hexafluorophosphate (LiPF₆) or lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI). The mixtures were developed based on preliminary results on the cyclability of graphite electrodes in the IL-LiX binary electrolytes. The results clearly show the beneficial synergic effect of the two ionic liquids on the electrochemical properties of the mixtures.     

石墨负极材料形态对LiFePO4动力电池性能的影响

本文分别以树脂包覆天然石墨（RCNG）、人造石墨（AG）和中间相碳微球（MCMB）为负极材料,制备了三种不同的圆柱形磷酸铁锂（LiFePO4）动力电池。通过X射线衍射分析仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对材料的晶体结构与形貌进行表征,并采用多种手段测试了各动力电池的电化学性能。结果显示,磷酸铁锂/中间相碳微球（LFP/MCMB）电池表现出较为优异的电化学低温、倍率和循环性能,其在 −20℃下的1 C容量保持率为61.04%,6 C高倍率容量保持率和温升分别为87.52%和24.8℃,3 C循环1 000次后容量保持率为93.81%。     

Overview of the modeling of lithium-ion batteries

简述了锂离子电池等效电路模型和电化学模型的研究进展。由于具有耗时短、技术开发效率高等优点,仿真模型被广泛应用于锂离子电池衰减机制分析、状态诊断及寿命预测。锂离子电池仿真模型主要包括等效电路模型和电化学机理模型。等效电路模型主要应用于锂离子电池荷电状态诊断。电化学机理模型主要应用于锂离子电池衰减机制分析和健康状态诊断,并为寿命预测提供技术支持。等效电路模型的结构过于单一,在锂离子电池寿命后期适用性降低。电化学机理模型结构复杂,计算量大,在线性应用能力较差。总结了现阶段常用的锂离子电池等效电路模型和电化学模型的建模原理及模型结构,阐述了每种模型在电池研究中的具体应用,并分析了其各自的优势及局限性。通过以上分析,并结合最新的建模理论,对建立具有高精度、高适用性锂离子电池仿真模型的研究方向进行了展望。     

Analysis for the applications of lithium titanate battery in the MW-class energy storage systems

相对于传统型的锂离子电池,钛酸锂电池具有充放电响应速度快、倍率特性好、寿命长等优点,但钛酸锂电池单位容量的成本较高。本文从储能系统应用需求层面分析典型功率型储能系统对电池倍率和容量的要求,结合钛酸锂电池的特点,得出高倍率的钛酸锂电池应用于功率型储能系统相对于能量型锂电池,可以大幅度减少电池配置数量的结论,因此可发挥钛酸锂电池的竞争优势。     

All-solid-state lithium-ion batteries:State-of-the-art development and perspective

现有电化学储能锂离子电池系统采用液体电解质,易泄露,易腐蚀,服役寿命短,具有安全隐患.薄膜型全固态锂电池,大容量聚合物全固态锂电池和大容量无机全固态锂电池是一类以非可燃性固体电解质取代传统锂离子电池中液态电解质,锂离子通过在正负极间嵌入-脱出并与电子发生电荷交换后实现电能与化学能转换的新型高安全性锂二次电池.作者综述了各种全固态锂电池的研究和开发现状,包括固态锂电池的构造,工作原理和性能特征,锂离子固体电解质材料与电极/电解质界面调控,固态整电池技术等方面,提出并详细分析了该技术面临的主要科学与技术问题,最后指出了全固态锂电池技术未来的发展趋势.     

Preparation and electrochemical characterizations of poly(3,4-dioxyethylenethiophene)/LiCoO2 composite cathode in lithium-ion battery

A composite electrode material, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)/LiCoO₂-carbon fibers (VGCF) from a continuous process of electrochemical deposition of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) monomer on the pre-formed LiCoO₂-VGCF electrode, was prepared and characterized to test its applicability in lithium-ion battery. Compared to the bare LiCoO₂-VGCF electrode, use of PEDOT/LiCoO₂-VGCF composite as cathode in lithium-ion battery has enhanced properties such as the cyclability, electrochemical stability, intercalation/deintercalation rate of lithium ion and rate capability. Scanning electron microscope shows the successful coating of PEDOT on the LiCoO₂ particles and the VGCF fibers. The differential scanning calorimetry (DSC) scans of the charged cathodes show that incorporation of PEDOT reduces the thermal stability of the cathode.     

An overview of positive-electrode materials for advanced lithium-ion batteries

Positive-electrode materials for lithium and lithium-ion batteries are briefly reviewed in chronological order. Emphasis is given to lithium insertion materials and their background relating to the “birth” of lithium-ion battery. Current lithium-ion batteries consisting of LiCoO₂ and graphite are approaching a critical limit in energy densities, and new innovating materials are needed in order to continue the advance of lithium-ion batteries. In particular, the recent trends on material researches for advanced lithium-ion batteries, such as layered lithium manganese oxides, lithium transition metal phosphates, and lithium nickel manganese oxides with or without cobalt, are described. Trials on new applications of lithium insertion materials for high-power lithium-ion batteries as well as hybrid capacitors leading for 12 V lead-free accumulators are also highlighted.