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.     

高镍正极材料的稳定改性方法研究综述北大核心CSCD

高镍正极材料拥有容量高、稳定性好、成本较低以及环境友好等优点,是未来开发高比容量锂离子电池的关键正极材料之一。同时,为获得更高可逆容量以进一步提升电池的比容量,增加材料本体中的Ni元素含量是常用、也被广泛认可的技术手段。不过,随着材料中镍的提升,也带来了诸多问题,诸如阳离子混排程度上升,表-界面副反应活性增多,热稳定性下降,晶体容易出现裂纹并迅速蔓延扩散,以及在空气中容易生成残余锂化合物等。在这些负面诱因的共同作用下,高镍正极材料面临着使用环境要求较高、循环过程中易发生结构破坏以及造成的安全性等问题,阻碍了其进一步推广应用。基于上述考虑,本文梳理了近些年用于稳定高镍正极材料的改性方法,综合分析了各方法的特性及研究现状,经分析认为,后续在锂离子电池高镍正极研发改性的过程中,应从原有改性策略出发,进行更小尺度、更精细化地结构优化,针对电芯的不同应用场景进行材料微观结构的定制化改性,全面实现高镍正极材料的各项性能提升。     

Recent progress on evolution of safety performance of lithium-ion battery during aging process

安全性是制约锂离子电池规模应用的重要技术问题。锂离子电池的安全性能不仅仅与材料体系、电芯设计相关,还会随着使用过程而发生变化。锂离子电池安全性能在全生命周期内的演变规律需要重点展开研究,以保障电池在使用过程中的安全性。本文对锂离子电池全生命周期安全性演变问题的国内外研究进展进行了综述,分析了国内外关于电池安全性能在循环老化和储存老化两种工况下的演变规律的研究,总结了电池老化衰减机理与安全性能变化之间的关系,指出负极析锂是影响电池全生命周期安全性能的重要因素,最后对锂离子电池全生命周期安全性演变研究进行了展望。     

锂电池安全性多尺度研究策略:实验与模拟方法北大核心CSCD

作为新一代电化学储能体系,锂离子电池在消费电子产品、交通动力系统、电网储能等领域具有重要的应用价值。然而,在锂离子电池的商业化进程中,安全性事故时有发生,影响了锂离子电池的大规模应用。本文从电池安全性的三个研究尺度:材料、电芯、系统,综述了与之对应的重要研究方法,其中每个尺度均包括基于物理样品的实验方法和基于计算机数学模型的模拟方法。本文介绍了这些方法的基本原理,通过典型案例展示了这些方法在安全性研究中的适用场景和作用,并探讨了实验和模拟方法之间的联系,着重介绍了材料热分析、材料加热过程中结构分析、电芯加速度量热分析、电芯安全性数值模拟等方法。基于对多尺度研究策略的系统综述,认为安全性研究需要在各个尺度联合同步开展。最后,展望了下一代锂电池,如固态电池、锂金属电池等,可能面临的电池安全性问题。这些新体系的安全性研究仍处于早期,其材料和验证型电芯的安全性研究是当前阶段值得关注的重要课题。     

The technical route exploration of lithium ion battery with high safety and high energy density

发展高比能动力锂离子电池是新能源汽车,特别是纯电动汽车实现长续航里程的关键手段之一,然而,随着电池能量密度的不断提高,电池的循环寿命和安全性能就会受到影响。本文以能量密度300W·h/Kg单体电池为对象,从材料体系的选择、电芯结构设计以及系统安全防护措施等多维度展开论述,探究了高安全高比能动力锂离子电池系统技术路线。     

锂离子电池正极材料生产技术的发展CSCD

本文对锂离子电池正极材料生产制备技术的发展历史进行了回顾,对锂离子电池正极材料的发展方向进行了分析。20世纪末,从锂离子电池正极材料加工性能和电池性能的角度出发,清华大学研究团队提出了控制结晶制备高密度球形前驱体的技术,结合后续固相烧结工艺,提出了制备含锂电极材料的产业技术。其中,控制结晶方法制备前驱体,可以在晶胞结构、一次颗粒组成与形貌、二次颗粒粒度与形貌,以及颗粒表面化学4个层面对材料的性能进行调控与优化。利用该技术工艺生产的材料具有颗粒粒度及形貌易控制、均匀性好、批次一致性和稳定性好的特点,可以同时满足电池对于材料电化学性能和加工性能的综合要求。因材料的堆积密度高,尤其适用于高比能量电池。该技术工艺适用于多种正极材料,并适合于大规模生产,随着时间的推移,逐步被证明是锂离子电池正极材料的最佳生产技术工艺,得到了现今产业界的普遍接受和认可。这也是我国科学工作者对国际锂离子电池产业做出的重要贡献之一。     

Research progress on cathode materials for high energy density lithium ion batteries

便携式电子设备的微型化、轻量化与电动汽车、电网储能设备的飞速发展,对高能量密度的锂离子电池的研发和性能表现提出了越来越高的要求。锂离子电池正极材料是锂离子电池的核心,其提供锂离子并参与电化学反应,因此改善正极材料性能是提高锂离子电池能量密度的关键。人们需要进一步研究开发成本较低、安全性更好的高能量密度新型锂离子电池正极材料。本文主要从提升正极材料的比容量和工作电压两方面介绍三元、富锂锰基材料和高电位镍锰酸锂等高比能量正极材料的介尺度结构设计、制备与性能调控研发进展。     

高能量密度锂离子电芯设计开发策略

提高单体电芯能量密度是锂离子电池重要的发展方向.提高锂离子电芯能量密度的主要途径包括开发高比容量和高放电电压平台正极材料、高比容量负极材料、高适用性电解液、选择合适的电芯类型、开发具有高黏结性的黏结剂及优良的导电剂等.另外也可通过适当地改善正负极配方来提高活性材料的有效占比以达到提高电芯能量密度的目的.本文概括总结了高...     

Applications of carbon nanotubes in the lithium-ion batteries

碳纳米管因具有优异的电导率、热导率、力学性能以及独特的结构形貌,被用于改进锂离子电池性能。该文总结了近年来碳纳米管作为锂离子电池的添加剂、电极材料复合基体以及集流体的最新研究进展,重点介绍了最新的碳纳米管作为电极材料添加剂的使用方法、碳纳米管与电极材料的不同复合方法及其对锂离子电池容量性能、倍率性能以及循环寿命的影响。同时指出了碳纳米管在锂离子电池中大规模应用时需要克服的问题,如降低碳纳米管的制备成本、开发适用于工业生产的复合技术、改善碳纳米管的分散性能等。     

全固态锂离子电池关键材料研究进展

全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液,有望从根本上解决电池安全性问题,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。为了实现大容量化和长寿命,从而推进全固态锂离子电池的实用化,电池关键材料的开发和性能的优化刻不容缓,主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态锂离子电池的高能量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。本文以全固态锂离子电池关键材料为出发点,综述了不同类型的固态电解质和正负极材料性能特征以及电极/电解质界面性能的调控和优化方法等,阐述了未来全固态锂离子电池关键材料的发展方向以及界面问题的解决思路,为探索全固态锂离子电池产业化前景奠定基础。