循环寿命延长 新型碳基锂离子电容器问世

正记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉,该所研发出长循环寿命的碳基锂离子电容器单体,标志我国在高性能碳基锂离子电容器产业化方面取得重要突破。锂离子电容器是一种介于超级电容器和锂离子电池之间的新型储能器件,具有高能量密度、高功率密度、可快速充放电、长循环寿命和高安全性能等优点,在轨道交通、电动汽车的能量回收和加速启动、新能源发电、航空航天和国防军事等领域有着广泛的应用前景。     

锂离子液流电池电极悬浮液的电子导电性建模及仿真

锂离子液流电池是一种新型可充电池,其电极悬浮液的电子电导率直接影响电池的充放电性能。研究针对电极颗粒为球形导电颗柱的静态电极悬浮液,通过建立电极颗粒导电网络的统计模型,分析电极颗粒连通率及平均接触数,计算其电子电导率随颗粒含量的变化关系。设计了一种导电通路搜索算法,结合电阻网络法进行计算机模拟。结果显示,当导电电极颗粒含量达16vol％左右时,电极悬浮液开始具有连续的电子导电特征。悬浮液电子电导率随电板颗粒含量的增加而增大。当导电电极颗粒含量为40vol％时,悬浮液电子电导率可达固态密实电极的50％。     

锂离子动力电池能量密度特性研究进展

动力电池作为新能源纯电动汽车的动力源,其能量密度与整车的续驶里程及安全性等密切相关,而锂离子电池具有高能量密度和长寿命等特点,是当前新能源汽车动力电池的主流选择。基于锂离子电池发展史和我国第1～48批《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》中2000余款纯电动乘用车的锂离子动力电池能量密度数据,系统研究了锂离子动力电池能量密度演变趋势,回顾了我国锂离子动力电池能量密度的提升历程及其对推动新能源汽车发展起到的良好作用。在此基础上,从电极材料、电池工艺和成组结构等3个方面,剖析了锂离子动力电池能量密度提升技术方案的优势与不足;并从电池能量密度和安全性的关联性出发,总结了高能量密度电池在设计、制造和使用等全生命周期中的安全技术,展望了锂离子动力电池未来的发展趋势,为新能源汽车行业未来的健康发展提供参考。     

自我修复电极

迄今为止,人们认为最具有发展前景的电极材料之一是硅。电池在充电时,硅材料电极拥有极强的从电池液中摄取锂离子的能力;放电时,它能迅速地释放存储的锂离子让电池输出电能。但是每当电池充电时,硅电极的体积会膨胀至正常大小的3倍,放电后再恢复至原形。于是,具有脆性的硅材料很快就会出现裂痕并脱落,严重地影响电池的性能。不过,锂离子电池电极的问题有望在不久的将来得到解决,因为美国斯坦福大学和能源部科学家     

创新前沿

正新结构电极:电池充电缩短至10分钟美国加州大学河滨分校伯恩斯工程学院科研人员近日研制出一种用硅材料装饰的锥形碳纳米管立体集成结构,用于锂离子电池电极之上,该结构可以将便携式电子设备的充电时间从数小时缩短到10min之内。锂离子电池是一种用于便携式电子设备     

新型电容型锂离子电池突破电动汽车发展瓶颈

朝阳立塬新能源公司近日成功研发出有机体系电容型锂离子电池。该产品可大幅提升传统锂离子电池的功率特性、温度特性、循环寿命、充放电速度、安全特性等关键性能指标,对解决制约我国电动汽车发展的瓶颈问题起到     

基于传荷电阻的锂离子电池剩余寿命预测研究

锂离子电池的剩余寿命预测对实现高效、精准的电池管理和维护具有重要意义.电化学阻抗能够反映锂离子电池内部物理化学过程特性,在电池寿命问题研究中被广泛应用.特别地,传荷电阻描述电极界面过程进行的难易程度,可用来表征电池的寿命状态.通过开展四种工况的锂离子电池老化试验,获取传荷电阻随寿命衰减的演变规律.采用贝叶斯信息准则,对多种寿命衰减经验模型进行评价,选择并确立一阶多项式形式的经验模型.在此基础上,提出基于粒子滤波算法的剩余寿命预测方法.结果 表明该方法可准确实现锂离子电池的剩余寿命预测,从而能够为电池管理和维护提供必要的电池寿命信息.     

锂离子电池健康评估和寿命预测综述

随着锂离子电池的广泛应用,其健康管理和寿命评估成为很多领域的挑战和热点研究问题。为此,本文针对锂离子电池健康管理和寿命预测的研究现状进行分析,重点归纳和总结锂离子电池剩余寿命预测的方法和应用现状,涵盖锂离子电池管理系统、退化状态识别和循环寿命预测三部分核心内容。最后,给出一个面向空间应用的实例,并分析了未来的发展趋势和研究挑战。     

未来型电池——氧化锂—锰充电电池

美国贝尔通讯研究所(Bellcore)(简称贝尔可)的化学家最近发明了一种新型Li-Mo-O可充电电池,它在氧化锂—锰电极和碳电极间加入锂离子梭动装置。 目前,这种新型电池仍处在实验阶段。据称,它将比其它锂离子电池更加安全,寿命更长,制造成本更为低廉。此外,与目前应用最普遍的镍—镉充电电池相比,其能量高2倍。贝尔可科学家预言,新电池将在多种应用中替代镍—镉及小型铅酸电池。     

电动汽车用锂离子电池热管理系统的研究

锂离子动力电池的能量密度较高,且具有长循环寿命特点,因而在电动汽车储能系统中得到了广泛应用。文章以微通道液冷式电池热管理系统为研究对象,深入探讨强化换热和强化结构体力学强度,以不断优化系统整体换热性能和结构强度,合理控制锂离子电池的温度,使电动汽车更具安全性和可靠性。     

基于3D打印技术的石墨烯基三维电极设计制造研究进展

锂离子电池因其较高的能量密度、稳定的放电平台和安全的使用环境被广泛应用于航空航天、汽车、可穿戴柔性设备等领域。目前锂离子电池的研究主要集中在薄电极（<50 μm）的设计制造,其较低的单位面积负载（<5 mg·cm^-2）严重制约了面积比容量。因此厚电极的制造（100~500 μm）将成为未来高比能量电池的研究热点。3D打印技术因其可定制化成型复杂电极结构的优势,在厚电极制造领域具有广泛的应用前景。综述了3D打印成型工艺在石墨烯基三维厚电极领域的研究进展,分析了相应3D打印工艺的成型特点（墨水性能、成型精度、适用范围）和工艺难点,展望了石墨烯基三维厚电极3D打印的发展趋势,提出了基于凝胶电解质的全电池成型工艺,为新一代高性能锂离子电池的研制提供新思路。     

基于多物理过程约束的锂离子电池优化充电方法

锂离子电池在快速充电过程中极易触发内部过热,并加速寿命衰退,因此在确保快速充电的同时主动约束锂离子电池重要中间物理状态具有重要意义。因此,提出一种基于多物理过程变量约束的电池快速充电方法。建立电-热-老化综合模型,并在典型充电场景下进行电热模拟精度验证;在此基础上,设计基于模型的荷电状态与内部温度估计方法,兼顾充电速度、温度约束与寿命衰退抑制,设计基于模型预测控制的快速充电策略。试验验证结果表明,所提出的充电策略能主动限制电池内部温度始终低于预定阈值,在相似的充电速度前提下,所提出的充电策略相比优选的恒流恒压充电法具有更低的寿命衰减速率,两者200次快充-放电循环的容量衰减分别为2.12%和4.88%。所提出的快速充电策略基于模型预测控制方法实现了电池内部状态的有效约束,综合提升了锂离子电池充电过程的快速性、安全性和耐久性。     

国外汽车工业新技术

锂离子电池 索尼公司为电动汽车开发的可连续充电的锂离子电池。它是由8个锂离子电池串联为一个组件,该种电池的能量密度比铅酸电池大3倍,比镍型电池大1.5～2倍。同等重量的蓄电池,锂离子电池可提供1.5～3倍的行驶里程。该电池寿命为1200次,自动放电率为10％,充电密度效率达95％。     

锂离子电池高精度机理建模、参数辨识与寿命预测研究进展

拥有高能量密度、低自放电率和长寿命的锂离子电池是电动车辆的主要储能单元,其性能直接影响了车辆的动力性和安全性。然而,锂离子电池是复杂的电化学系统,其内部状态具有时变性和不可观测性。此外,电池在使用过程中性能将不断衰减,将给车辆的安全性带来隐患。为保证电池在车用工况下的高效、安全和可靠运行,需要对电池实施有效管理。电池模型是管理算法的理论基础,参数辨识是模型应用的前提,而寿命预测是保证电池安全的关键技术。针对上述实际应用需求,综述了锂离子电池高精度电化学-热耦合机理建模、模型参数辨识和寿命预测的最新研究进展。重点关注宏观电化学模型中模型重构和模型简化两种模型降阶方法,对比分析参数辨识中试验测量和非拆解式辨识方法的特点,全面总结寿命预测中基于模型、基于数据驱动和融合式算法的算法架构。在此基础上,总结现有研究的不足并对未来研究方向提出展望。     

基于BO-GRU神经网络的锂离子电池剩余使用寿命预测

锂离子电池剩余使用寿命预测是锂离子电池健康管理的重要内容。针对锂离子电池剩余使用寿命预测困难、传统循环神经网络预测精度低的问题,提出一种基于贝叶斯优化(BO)-门控循环单元(GRU)神经网络的锂离子电池剩余使用寿命预测方法。这一方法提取循环数与对应的容量融合作为新特征,采用滑动窗口方法分割特征数据集,搭建门控循环单元神经网络,在网络中加入随机失活,并采用贝叶斯优化对门控循环单元神经网络参数进行优化。在不同来源数据上进行试验验证,这一方法的相对误差均小于3%,能够实现对锂离子电池剩余使用寿命的准确预测。     

基于有限差分法的二维锂离子电池电热性能模拟

当前世界对清洁能源的需求日益增大,其中锂离子电池有高能量密度、高工作电压、低自放电以及高稳定性等优点,是满足清洁能源要求的原料之一。由于电池失效或者过热现象都会产生起火等灾难性后果,因此预测电池的电热特性具有重要的意义。建立锂离子电池二维数学模型,利用电学模型的泊松方程以及热学模型的热传递方程,基于有限差分法模拟了锂离子电池在充电过程中的电热性能,分析了锂离子电池的电势密度、电流密度以及温度场分布,为锂离子电池的设计应用提供理论依据。     

碳纳米管工具电极的导电性能

基于纳米试验系统研究了碳纳米管工具电极的在线制备和导电性能测试方法。首先利用电弧放电将碳纳米管焊接在钨针尖上,制备碳纳米管工具电极;然后在线测试碳纳米管工具电极的伏安特性,分析碳纳米管与钨针焊接前后电阻的变化。通过局部焦耳热法改善碳纳米管与钨针的接触特性,用Au离子溅射法降低碳纳米管工具电极的电阻,提高电极的整体导电性能。试验结果表明,碳纳米管与钨针焊接后,电路中的电极电阻明显降低,碳纳米管工具电极的电阻约为130kΩ,经过90s局部焦耳热处理后,电极电阻降低到55kΩ左右,比原电阻减小约60%,接触性能明显改善;再经过Au离子溅射处理后,电极电阻进一步降低到40kΩ左右,比原电阻减小约70%,从而显著提高了碳纳米管工具电极的导电性能。     

电极表面修饰和添加剂对高功率Ni-MH电池性能的影响

对Ni-MH电池正负极片修饰技术进行了研究。结果表明：该方法可增强电极的导电性,降低电池的内阻,提高电池的充放电效率和大电流放电能力,改善了电极的电化学性能。利用极片修饰技术制备的高功率D型Ni-MH的比功率和循环寿命均有提高。在电解液中,添加微量添加剂nT明显降低电池充电后期的内压,提高电池的充电功率和循环寿命。     

锂离子电池快速充电的应力调控

难以同时实现高充电速度和长循环寿命，已成为当前锂离子电池快速充电技术的主要问题。从快速充电时电池劣化的内在机制入手，以正极活性颗粒扩散诱导应力为抓手，提出了锂离子电池快速充电的应力调控方法：在充电开始后短时间内使活性颗粒的扩散诱导应力迅速达到强度，并在随后充电过程中使扩散诱导应力保持在强度值。进一步地，为解决应力调控充电方案初始无限大电流的问题，提出了包含初始恒流阶段和应力调控阶段的恒流-应力调控充电方案。通过与传统恒流充电、升压充电和指数电流充电方法对比，提出的快速充电应力调控方法能有效实现充电速度、峰值应力和可用容量的最优化平衡。     

丰田新电池技术能让电动汽车行驶距离翻番

丰田开发出了新一代蓄电池的基础技术,利用这种电池可以将电动汽车的连续行驶距离延长至目前2倍以上。新开发的是作为电池主要部分的电极材料,使用的是海水中含量丰富的钠,与目前主流的锂离子电池相比价格更低。丰田为在2020年前后投入实际应用,正加快推进研究。此次开发的是,利用钠离子来传输电子的"钠离子电池"的正极材料。这种材料是由多种磷氧化物和镍等金属、钠构成的化合物。在试制硬币大小的电池时发现,在室温状态下其电压值比锂离子电池高3成左右。电压值是衡量电动汽车连续行驶距离的重要指标。