基于原位参比的氧化亚硅--石墨复合负极循环衰减机制北大核心CSCD

为了研究氧化亚硅和石墨在复合应用时的循环衰减机制,本工作通过在循环过程中增加小电流可逆容量标定,消除了电压极化对衰减行为的影响。通过在软包装电池内部预先埋入参比电极,对比不同循环次数时正极和负极的电化学特征变化,利用负极微分曲线解析氧化亚硅和石墨的去锂化容量演变过程和衰减程度。同时,结合交流阻抗谱(EIS)、扫描电子显微技术(SEM)、元素能谱(EDS)和等离子体发射光谱(ICP)等测试。结果表明,造成电池循环衰减的主要原因是活性锂损失和氧化亚硅衰减,两者造成的容量损失分别为0.45 Ah和0.36 Ah。负极衰减速率明显快于正极,循环600次后,负极中石墨和氧化亚硅的衰减程度分别为2.2%和30.3%。电池在循环过程中产生了新的界面阻抗,所有动力学阻抗参数呈逐渐增大的趋势。拆解电池发现,循环后负极发生了严重的体积膨胀和副反应,导致锂损失在负极并失活,引起界面阻抗的增长和电池容量的衰减。本研究可以无损定量识别氧化亚硅和石墨在循环过程中的衰减程度,为含硅复合负极的工程化应用提供了研究基础。     

原位固化对硅氧负极性能的影响北大核心CSCD

利用聚合物单体与引发剂在加热情况下能自发聚合的特点,在硅负极电解液中引入高离子电导率单体和引发剂,注液后采用热聚合的方式制备了原位固化的硅负极电芯。通过充放电设备测试了电芯的循环、倍率等性能,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱仪(XRD)、电化学工作站以及压汞仪等表征测试手段,对硅负极极片形貌和电化学性能进行表征。结果表明,固化后电芯常温0.5 C循环次数为349周,相比于液态电芯的230周,循环次数提升51.74%,同时固化后硅负极极片膨胀率相比液态电芯降低4.6%,极片孔隙率降低3.8%,且减少了循环后EIS和DCIR的增长,电芯性能明显优于液态电芯。从极片表征结果看出,固化可以改善硅负极极片界面,在硅负极表面和极片孔隙内形成一层聚合物电解质层,避免硅负极在嵌锂时膨胀粉化脱落,并稳定极片离子和电子导电网络。本研究有助于推动硅负极应用,为高能量密度电池技术的研发提供实验依据。     

关于动力电池设计参数在不同倍率下的放电容量的敏感度仿真分析

本工作针对三元锂电池建立了电池电化学仿真经典的P2D模型,并通过仿真手段定量分析电池正极活性颗粒粒径、负极活性颗粒粒径、正极极片厚度、负极极片厚度、隔膜厚度对电池0.1～3 C倍率放电容量的影响,对仿真模型标定以及性能定制化开发具有重要意义。通过仿真数据可知,正极活性颗粒粒径对电压-容量曲线的影响集中在电压高于3.3 V的部分;负极活性颗粒粒径对电压-容量曲线的全电压段均有影响;正极极片厚度对电压-容量曲线的全电压段均有影响;负极极片厚度对电压-容量曲线的影响集中在电压低于3.6 V的部分;隔膜厚度对电压-容量曲线无影响。汇总分析仿真结果可知,正负极极片厚度是电池容量的正响应因素,负极粒径是电池容量的负响应因素,且均符合平方多项式关系;正极颗粒粒径和隔膜厚度对放电容量不影响。     

锂离子电池补锂技术

锂离子电池在化成过程中,负极SEI膜的形成会消耗大量活性锂,特别是在添加部分高容量硅基负极材料的情况下,导致电池首周库仑效率和电池容量低.补充活性锂是解决这一问题的有效手段,目前已报道的补充活性锂的途径很多,主要是负极补锂和正极极补锂两大类.负极补锂包括金属锂物理混合锂化,如在负极中添加金属锂粉或在极片表面辊压金属锂箔...     

一种分散在多孔碳上的碳包覆硅负极的制备及应用

硅负极具有高比容量的显著优势,其理论比容量（4 200 mA∙h/g）达到传统石墨负极的10倍以上,被认为是锂离子电池最有潜力的负极之一。然而,硅负极存在导电性较差、充放电过程中体积膨胀巨大等诸多问题,导致其循环性能较差,限制了大规模实际应用。本文提供了一种高性能硅负极的制备方法及应用,通过将硅负极分散在多级孔碳中,连同黏结剂聚丙烯腈涂覆在集流体上,再对极片进行热处理实现聚丙烯腈碳包覆,有效提高电极的整体导电性并能为巨大的体积变化提供空间,从而提升硅负极的大倍率性能和循环稳定性。     

薄膜锂离子电池负极材料的研究进展

全固态薄膜锂离子电池是锂离子电池的最新研究领域,其能量密度高、厚度薄、循环寿命长、可靠度高。薄膜化的负极材料是锂离子电池的重要组成部分,负极薄膜材料制备方法的研究取得了较大的进展,未来研究重点是低成本、低能耗、高综合电化学性能的负极薄膜材料以及可批量生产的薄膜制备技术。对薄膜化的硅负极材料、金属或合金薄膜材料、氧化物薄膜材料和复合薄膜材料近几年来的研究状况进行了综述,并对其发展前景进行了展望。     

Fundamental scientific aspects of lithium batteries (Ⅷ)----Anode electrode materials

锂离子电池的成功商业化,起始于石油焦负极材料.负极作为锂离子电池必不可少的关键材料,目前主要集中在碳,钛酸锂以及硅基等合金类负极,采用传统的碳负极可以基本满足消费电子,动力电池,储能电池的要求,采用钛酸锂可以满足高功率密度,长循环寿命的要求,采用合金类负极材料有望进一步提高能量密度.本文小结了目前广泛使用和正在研究的锂离子电池负极材料的性能特点,讨论了下一代锂离子电池负极材料的研究和发展状况.     

锂离子电池参比电极研究进展

参比电极测试方法在锂离子电池研究中有着广泛的应用.本文总结了几种常规类型的参比电极的制作方法,包括T型Swagelok接头装配法、参比电极植入法、原位沉积法.还介绍了锂参比电极在锂离子电池研究中的应用:电极电位的监控,正、负极电化学阻抗谱的单独分析,极片和电解液之间界面反应的分析,电池快充边界的确定,电池失效分析等.最终认为金属锂参比电极在使用寿命、植入位置、植入的便利性和可操作性等方面仍有改进空间.     

In situ detection of lithium dendrite in the failure of lithium-ion batteries

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。     

Technology review of anode materials for lithium ion batteries

本文综述了目前已经商业化生产的锂离子电池负极材料,主要包括天然石墨,人造石墨,硬碳,软碳,Li₄Ti₅O₁₂材料,硅基材料等.详细阐述了这些负极材料的优缺点,并对它们的性能优劣进行了对比,给出了各自具有代表性的充放电曲线.概述了各类负极材料目前的国内外市场状况,并对未来几年锂离子电池负极材料市场的发展趋势进行了预估.介绍了各类负极材料的产业化现状,包括主流生产工艺,产品应用领域,行业领先企业等,总结了各类负极材料,尤其是天然石墨和人造石墨在中国的早期研发历史,并整理了各类负极材料在国内最早发表的文章和专利.最后概述了目前整个锂离子电池负极材料行业存在的一些问题,讨论了目前锂离子电池负极材料的发展思路,并展望了未来的技术发展趋势.