电极结构对(NCM+AC)/HC混合型电容器电性能的影响北大核心CSCD

混合型电容器是一种介于锂二次电池和超级电容器之间的一种新型储能器件,在电化学储能领域有非常广泛的应用。混合型电容器的电极材料包括锂二次电池电极材料和超级电容器电极材料,在混合电容器内部形成“交叉结构”。本工作分别采用干法和湿法工艺制备出(NCM+AC)混合型正极片和硬碳负极片,并装配成064060软包混合型电容器。本工作系统分析了两种电极结构的特点及其对软包混合型电容器性能的影响。实验结果表明,干法电极内部含有丰富的PTFE纤维结构,原材料颗粒之间接触更为紧密。在相同厚度下,干法电极的活性物质负载量更大,电极体积密度大、欧姆电阻及极化电阻均较小。在相同体积的软包产品内,干法电极产品的容量、能量密度较湿法电极产品均提高20%以上。在正负极面密度比及N/P放电容量比均相同的条件下,干法电极产品在高低温性能、循环性能、倍率性能及高温负荷性能方面均优于湿法电极产品。干法电极制备工艺不使用任何溶剂,绿色环保,节省成本,PTFE纤维可以牢固地兜住NCM和AC,有助于在混合型电容器电极制备中推广应用。     

锂离子电容器自放电检测方法研究

自放电是锂离子电容器的一项重要性能指标.基于电化学理论并从实际应用角度出发,本工作研究了锂离子电容器单体在3.8 V和3 V时的电压保持能力(K值),实验发现:锂离子电容器单体在3.8 V时的K值介于0.0037～0.0102 V/d,3 V时的K值介于-0.0003～0.0007 V/d;采用3.8 V时的K值可以更...     

锂离子电池用无溶剂干法电极的制备及其性能研究

采用无溶剂电极制备技术成功制备了锂离子电池用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2干法电极片,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对干法电极片的形貌和元素分布进行了分析测试,通过倍率充放电、交流阻抗、循环充放电等测试手段研究了干法电极片的电化学性能.结果表明:纤维状PTFE广泛地分布在LiNi0.8Co...     

采用阳极预锂化技术的锂离子电池高倍率老化容量衰减机理研究

通过阳极预锂化技术,可以补充锂离子电池在化成以及后续循环过程中活性锂的损失,由此提高锂离子电池的能量密度以及循环寿命.然而阳极预锂化后锂离子电池衰减机理如何变化,一直没有明确的研究结论.本文研究了经阳极预锂化的石墨-磷酸铁锂电池在高倍率老化过程中,充放电电位、电池容量、电池健康状态(SOH)、电化学阻抗等的演变过程,并...     

锂离子电池电极结构参数对单体能量与功率的影响

以模型化仿真技术为基础的电池正向设计方法可替代大量制样、实验选优的试错方法,从而显著缩短产品研发周期、降低物料与能源的成本消耗、提高产品创新能力.本文基于热-电化学耦合的三维跨尺度模型,在单体尺寸与容量不变的约束条件下探究了电极结构参数如电极涂层厚度、孔隙率等对单体主要性能参数如功率、能量、单位质量与体积比功率、单位质...     

硬碳的预锂化及其电化学性能

以钛酸锂@活性炭复合材料作为正极,以商业化硬碳为负极同时将其与锂粉进行不同比例的复合,然后制备得到了预嵌锂硬碳//钛酸锂@活性炭锂离子电容器(LIC).本工作通过对硬碳与锂粉进行不同比例的复合制备得到了多种预嵌锂硬碳极片,然后,通过对所制备得到的预嵌锂硬碳极片组装的LIC进行了一系列电化学性能测试,研究了硬碳极片的嵌锂量对LIC比能量和比功率的影响.结果表明:将硬碳与锂粉进行复合可以在不明显减小LIC比功率的同时,大幅提升LIC的比能量,其中当硬碳与锂粉的质量比为3:1时所组装的LIC其能量密度最大可以达到29.69 W·h/kg,功率密度最大可以达到7.57 kW/kg,在电流密度为2 A/g时充放电循环2000次后容量保持率能够达到83.11％.     

石墨烯在锂离子电容器中的应用研究进展CSCD

锂离子电容器结合了锂离子电池和超级电容器的储能机理,综合了两者各自的优良性能,具有能量密度大、功率密度高、循环寿命长和安全性能好等优点,是目前电化学储能领域的研究热点。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具高比表面积、高导电性、高容量以及物理化学性质稳定等优点,被认为是下一代高性能锂离子电容器的理想电极材料。本文综述了石墨烯在锂离子电容器中的应用,介绍了其作为锂离子电容器正极与负极材料的电化学性能及优缺点,进一步阐明了石墨烯的比表面积、电导率及微观形貌等因素对其电化学性能的影响。此外,还介绍了元素掺杂石墨烯与石墨烯复合材料等改性手段,分析了石墨烯中的杂原子对其电负性、片层结构、活性位点及电化学性能的影响,并且分类总结了近期较为常见的几种石墨烯复合电极材料,进一步说明了改性石墨烯在锂离子电容器中的应用与进展,并在最后对石墨烯基锂离子电容器的发展前景进行了展望。     

锂离子电池高温贮存容量衰减分析

为了探究锂离子电池高温贮存后的容量衰减因素,研制了额定容量1.6 Ah的18650锂离子电池,并且负极采用预锂化技术。对比分析了电池常温及70℃分别满电贮存5个月后的容量损失、恢复容量、微分容量、电化学阻抗谱、形貌、结构、元素含量及热分析等。结果表明,电池70℃搁置后放电容量仅为25℃搁置后容量的79.14%,其中可逆容量损失占比为52.8%。电池的不可逆容量衰降源于严重的正负极失衡,其中未预锂化电池主要为负极损失,而预锂化电池由于负极锂过量主要表现为正极损失。70℃搁置电池内阻更高,特别是负极增加明显。70℃负极表面更多的“死锂”,更高的氧含量,意味着表面更多的副反应。此外,高温搁置并未对材料结构造成影响。     

高性能锂离子电池电极材料研究

锂离子电池具有电压高、比能量高、自放电率低、循环性能好等优点,正成为化学电源研究领域的热点。综述锂离子电池的原理和结构,分析高性能锂离子电池正极材料和负极材料的研究特点,并对锂离子电池的研究方向进行了展望。     

Electrochemical double layer capacitor and lithium-ion capacitor based on carbon black

In this paper we report the physical investigation and the electrochemical performance of the carbon black SC3 from Cabot Corporation. The SC3 carbon black was investigated in terms of BET surface area, pore size distribution, resistivity and morphology. Composite electrodes containing SC3 as active material were prepared and used for the realization of electrochemical double layer capacitor (EDLC) and lithium-ion capacitor (LIC). In EDLC, at 5 mA cm⁻² charge-discharge currents, the carbon black displays a specific capacity of 40 mAh g⁻¹ and a specific capacitance of 115 F g⁻¹. It also displays a very good cycling stability for over 50,000 cycles and excellent performance retention at currents up to 50 mA cm⁻². The performance retention at high currents outstandingly differentiates this carbon black from a few commercially available EDLC-grade activated carbons. Because of the high specific capacity of SC3, the carbon black electrodes were also used in combination with LiFePO₄ electrodes in LIC. The results of this study indicate that SC3 carbon black is an interesting carbonaceous candidate for the realization of LIC.     

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。     

Effect of binders on performances of ceramic coated separators for lithium-ion batteries

为优化陶瓷涂敷隔膜热稳定性,提高锂离子电池的安全性和电化学性能,本工作选用热稳定性优异的聚酰亚胺和电化学稳定的聚偏氟乙烯六氟丙烯作为复合黏结剂,将Al₂O₃无机颗粒涂敷于商品级聚烯烃隔膜两侧。通过调控两种黏结剂组分含量,测试隔膜性能发现,增加聚酰亚胺的含量可以明显提高涂覆隔膜的热稳定性,但隔膜的电化学性能不理想;在黏结剂中引入适量的聚偏氟乙烯六氟丙烯组分,涂覆隔膜可在保持其热稳定性的同时,获得良好的离子电导率、电化学稳定性和金属锂电极兼容性等性能。最后选用电化学性能表现最为优异且热稳定性良好的黏结剂组分制备陶瓷涂敷隔膜,在Li|LiCoO₂电池中,比聚烯烃隔膜表现出更优异的电化学性能,在8 C倍率下的放电比容量为109.3 mA/g,容量保持率为66.1%,而使用PE隔膜的电池的放电比容量和容量保持率仅为88.7 mA/g和54.7%。     

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...     

Progress of electrochemical capacitor electrode materials: A review

The electrode is the key part of the electrochemical capacitors (ECs), so the electrode materials are the most important factors to determine the properties of ECs. In this paper, the storage principles and characteristics of electrode materials, including carbon-based materials, transition metal oxides and conductive polymers for ECs are depicted briefly. Among them, more work has been done using microporous carbons than with the other materials and most of the commercially available devices use carbon electrodes and organic electrolytes. But the composites of pseudocapacitive and carbonaceous materials are promising electrode materials for ECs because of their good electrical conductivity, low cost and high mass density.     

In situ observation of lithium dendrite on the electrode in a lithium-ion battery

锂离子电池尽管已成为便携式电子设备的主流电源,也是电动汽车、混合动力汽车等电源的主要选择之一,但依然存在使用过程中因形成锂枝晶而发生内短路的安全隐患。本文设计了一个宏微观实验研究商业用锂离子电池电极材料的充放电循环性能。在常温小电流充放电条件下,实时原位地观测锂枝晶的产生、生长、消融以及死锂残留等过程。实验结果揭示了锂枝晶不仅仅只是大电流过充或低温充电状态下的产物,常温常态小电流充电条件下依然能够生成锂枝晶。实验发现：锂枝晶出现在充电后期,随后直线伸长,尖端区域形貌保持不变;放电时,锂枝晶逐渐消融,尖端区域形貌依然不变,放电结束后电极上有死锂残留。     

Research progress of electrode suspensions of lithium-ion flow batteries

锂离子液流电池将锂离子电池的工作原理与传统液流电池的结构特点相结合,是一种正处于基础技术开发阶段的新型电化学储能电池技术,具有输出功率和储能容量彼此独立、成本较低等特点,适用于未来电网储能领域。电极悬浮液作为实现锂离子液流电池充放电功能的主体材料,其导电性能和流动性能是影响锂离子液流电池倍率特性和能量密度的重要因素。论文结合实验数据对该方向面临的主要技术问题及研究重点进行了分析,认为电极悬浮液的研究需要从导电机理、质量比容量、流变性能等方面进一步深入研究,并建立标准评价体系。     

Irreversible capacity loss of graphite electrode in lithium-ion batteries

The irreversible capacity loss of the carbon electrode in lithium-ion batteries at the first cycle is caused mostly by surface film growth. We inspected an unknown irreversible capacity loss (UICL) of the natural graphite electrodes. The charge/discharge behavior of graphite and meso-phase carbon microbeads heat-treated at 2800°C (MCMB28) as the materials of the carbon anode in the lithium-ion battery were compared. It was found that the capacity loss of the natural graphite electrode in the first cycle is caused not only by surface film growth, but also by irreversible lithium-ion intercalation on the new formed surface at the potential range of lithium intercalation, while the capacity loss of the MCMB28 electrode is mainly originated from surface film growth. The reason for the difference of their irreversible capacity losses of these two kinds of carbon material was explained in relation to their structural characteristics.