热电池用贫锂相磷酸铁锂正极材料的制备及性能研究

随着小型化、高比功率热电池的发展,其对高压正极材料的需求也越来越迫切.贫锂相磷酸铁锂(LixFePO4)具有优异的热稳定性和高的电极电位,具备热电池正极材料的应用潜力.为此,文中通过电化学方法成功制备了LixFePO4正极材料,并对其进行高温充放电性能研究.结果 表明700℃工作温度下,基于贫锂相LixFePO4的单体...     

金属有机框架及其衍生金属氧化物在锂和钠离子电池中的应用

高性能锂和钠离子电池是未来便携电子设备、电动汽车和大规模储能电站的重要组成部分,受到了各行业的广泛关注。目前商用的锂离子电池和研发中的钠离子电池都面临着一些技术瓶颈,主要表现为能量密度低、充放电慢等,导致无法满足市场的需求。具有独特结构、高比表面积的金属有机框架及其衍生金属氧化物可作为电化学储能器件新型电极材料,满足高性能锂和钠离子电池的要求。本文综述了近年来金属有机框架及其衍生金属氧化物作为锂和钠离子电池电极材料的研究进展,同时指出了金属有机框架及其衍生金属氧化物在实际应用中的不足及未来可能的一些改进措施。     

MOFs衍生结构在新型二次电池电极材料中的应用

金属-有机框架(MOFs)衍生结构,作为能量存储和转换领域的热点材料,对其在二次电池电极材料中的应用现状及其发展趋势进行综述,可为开发高效二次电池电极材料提供科学指导.在此,详细论述MOFs衍生结构在锂离子电池、锂氧电池、锂硫电池、锂-硒电池、钠离子电池和锌空电池等为代表的新一代的二次电池系统设备中的应用及其研究现状,并针对相关二次电池涉及的具体电化学原理进行概述.研究发现,通过针对不同种类二次电池其特定的结构特性来指导MOFs衍生材料的设计,可获得综合电化学性能提升的高效功能材料.与此同时,MOFs衍生材料的几何结构和成分组成与其相应电化学活性之间的“构-效”关系仍然不明,电化学能量存储和转化过程中的基本机理解释尚不完善,因此,还需不断深入研究,以实现新型二次电池的商业化应用.     

基于三维电化学热耦合析锂模型的锂离子电池参数设计

锂离子电池负极析锂可能会诱发热失控,进而导致安全事故。而通过优化电池设计参数能够有效减少析锂副反应的发生,因此本工作提出一种基于三维电化学热耦合析锂模型的锂离子电池参数设计优化方法。首先,将模型参数进行分类,分别采用实验、精确测量、文献查找和参数辨识等方法获取相应的参数。同时加入可逆锂重嵌入机制和产热模型,建立三维电化学热耦合析锂模型。模型建立完成后,对模型精度进行验证,验证结果表明模型可以较好地模拟电池在常温和低温下端电压的变化,并且能够定量描述在低温大倍率充电期间电池内部的析锂程度、温度分布等非均一现象。最后,通过分析电极尺寸和极耳位置,研究电池设计参数对非均一析锂的影响。仿真结果表明：电极长度增加会导致电极区域温度差异和电流密度的不一致性增大,综合影响下使电池析锂时间略有提前,但对电池总体析锂程度影响较小;电池极耳位置处于长度方向的轴线对侧时能够有效缓解负极析锂,相对析锂程度降低了16.7%。     

锂离子电池析锂及析锂回嵌行为的三电极分析

利用三电极电池研究了锂离子电池在不同条件下的析锂行为,并通过X射线衍射(XRD)及原子吸收(AAS)进行了相应的材料表征.结果表明,当锂离子电池在充电过程发生析锂时,其负极对参比的电势曲线在接近0V左右会出现析锂电势平台,在接下来的放电过程中同样在0V附近出现析锂回嵌的电势平台.因此充放电过程中在0 V新出现的平台可以...     

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。     

锂电池百篇论文点评(2016.6.1-2016.7.31)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2016年6月1日至2016年7月31日上线的锂电池研究论文,共有1880篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于嵌脱锂机理以及SEI界面层,电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池、锂空气电池的论文也有多篇。原位分析偏重于界面SEI和电极反应机理,理论模拟工作涵盖储锂机理、动力学、界面SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外,还有多篇针对电池、电极结构进行分析的研究论文。     

Reviews of selected 100 recent papers for lithium batteries（Aug. 1，2016 to Sep. 30，2016）

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2016年8月1日至2016年9月30日上线的锂电池研究论文,共有1579篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于嵌脱锂机理以及SEI界面层,电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池、锂空气电池的论文也有多篇。原位分析偏重于界面SEI和电极反应机理,理论模拟工作涵盖储锂机理、动力学、界面SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外,还有多篇针对电池、电极结构进行分析的研究论文。     

锂电池百篇论文点评(2015.8.1—2015.9.30)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以"lithium"和"batter*"为关键词检索了Web of Science从2015年8月1日至2015年9月30日上线的锂电池研究论文,共有2432篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了富锂相材料、三元材料和尖晶石材料的掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。高容量的硅、锡基复合负极材料研究侧重于SEI界面层、复合材料、黏线剂及反应机理研究,电解液添加剂、固态电解质、锂空电池、锂硫电池的论文也有多篇。理论模拟工作包括电极材料体相和界面结构以及电解质的输运性质,除了以材料为主的研究之外,针对电池的状态估计、失效分析、热安全分析的研究论文也有多篇。     

锂电池百篇论文点评(2015.2.1—2015.3.31)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,我们以"lithium"和"batter*"为关键词检索了Web of Science从2015年2月1日至2015年3月31日上线的锂电池研究论文,共有1204篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了富锂相材料、三元材料和尖晶石材料的结构演变及掺杂和表面包覆对其循环寿命的影响。高容量的硅、锡基负极材料研究侧重于纳米材料、复合材料、黏结剂及反应机理研究,电解液添加剂、固态电解质、锂空电池、锂硫电池的论文也有多篇。理论模拟工作包括电极材料体相和界面结构以及电解质的输运性质,除了以材料为主的研究之外,针对电池的失效分析、热安全分析的研究论文也有多篇。     

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。     

Recent research progress of metal sulfides as anode materials for sodium-ion batteries

本文回顾了一些金属硫化物在钠离子电池中的应用,钠与锂同族,钠离子电池有望和锂离子电池一样,成为一种极具发展前景的储能装置,所以其电极材料是当下研究的热点。重点介绍了这些材料目前面临的问题,钠离子较大的半径使其在电极材料中存在脱嵌困难、体积膨胀等问题,鉴于层状金属硫化物拥有良好的钠嵌入平台,因而受到研究人员的广泛关注。综述了二硫化钼、二硫化钨、二硫化锡、二硫化钒、二硫化钛几种层状过渡金属二硫化物和硫化镍、硫化锌、硫化铜、硫化亚铁几种非二硫化物负极材料在钠离子电池中的电化学性能,包括了容量和循环性能等。分析了这些材料目前所面临的主要问题是体积膨胀、钠离子扩散缓慢、充放电效率低、多硫化物溶解-穿梭等问题。指出缓解硫化物体积膨胀问题的方法有与碳复合、材料纳米化、控制形貌等,对于层状过渡金属二硫化物还可以通过扩大层间距、调节截止电压等方式提高其电化学性能。最后对过渡金属硫化物负极材料的研究前景进行了展望。     

Low temperature thermal safety performance of soft packaged lithium iron phosphate battery

本文以剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂电池为研究对象,研究其在-10 ℃低温充放电循环后的安全性能.对低温和常温循环后的电池进行热失控实验分析,同时解剖电池并测试电池材料的锂元素含量和热稳定性能.测试结果表明,电池低温循环过程中容量急剧衰减,低温循环后电池热失控温度明显降低,低温循环过程中电池负极析出了锂单质,电池材料的热稳定性也发生了变化.另外,还对低温循环后的电池进行了满电状态下的常温搁置实验,实验过程中电池全部产生胀气现象,通过进一步测试分析发现,气体以CO和H₂为主.与新电池对比发现,剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂电池低温下充放电循环更容易产生锂枝晶,造成其电化学性能发生严重的不可逆衰退,热失控温度明显提前,因此剩余容量接近80%的磷酸铁锂电池应避免在低温下运行.     

全钒液流电池用电极及双极板研究进展

全钒氧化还原液流储能电池是一种新型的储能装置,电极及双极板是其关键材料。介绍了全钒液流储能电池的两种电极（金属电极、碳素电极）和三种双极板（金属双极板、碳塑双极板和石墨双极板）以及一体化电极双极板的研究进展。     

A hybrid power source with a shared electrode of polyaniline doped with LiPF6

We fabricated a hybrid power source device with three electrodes of which one was a LiPF₆-doped polyaniline (PAn) electrode playing the roles of both the positive electrode of a lithium secondary battery and an electrode of a redox supercapacitor. As a consequence, the shared electrode acts as a positive electrode or a positive terminal of a hybrid power source. The negative terminal was connected between a lithium metal electrode and another LiPF₆-doped PAn electrode. After characterizing and comparing this hybrid power source with a single lithium secondary battery, its discharge performance was superior to that of a single lithium secondary battery when adopting the sheet-type PAn-LiPF₆ electrodes and the porous separator as an electrolyte medium. In this case, the hybrid power source was shown to be advantageous in the high pulse mode of discharge.     

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。     

Modeling diffusion-induced stress in nanowire electrode structures

There is an intense, worldwide effort to develop durable lithium ion batteries with high energy and power densities for a wide range of applications, including electric and hybrid electric vehicles. One of the critical challenges in advancing lithium ion battery technologies is fracture and decrepitation of the electrodes as a result of lithium diffusion during charging and discharging operations. When lithium is inserted in either the positive or negative electrode, a large volume change on the order of a few to several hundred percent, can occur. Diffusion-induced stresses (DISs) can therefore cause the nucleation and growth of cracks, leading to mechanical degradation of the active electrode materials. Our work is aimed at developing a mathematical model relating surface energy with diffusion-induced stresses in nanowire electrodes. With decreasing size of the electrode, the ratio of surface area to volume increases. Thus, surface energy and surface stress can play an important role in mitigating DISs in nanostructured electrodes. In this work, we establish relationships between the surface energy, surface stress, and the magnitude of DISs in nanowires. We find that DISs, especially the tensile stresses, can decrease significantly due to the surface effects. Our model also establishes a relationship between stress and the nanowire radius. We show that, with decreasing size, the electrode material will be less prone to mechanical degradation, leading to an increase in the life of lithium ion batteries, provided other phenomena are unaffected by increased surface area (e.g., chemical degradation reactions). Also we show that, in the case of nanostructures, surface strain energy is significant in magnitude comparing with bulk strain energy. A mathematical tool to calculate total strain energy is developed that can be used to compare strain energy with the fracture energy of that material in electrode system.     

Review of doping and surface coating of cathode materials for lithium ion batteries

随着国家政策对电动汽车的支持力度不断加大,锂离子电池的电化学性能瓶颈愈发凸显。本文综述了锂离子电池正极材料钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂及三元材料在掺杂和表面包覆两种工艺对电池电化学方面的影响,并展望了掺杂和表面包覆两种工艺未来的研究方向。     

Electrode materials for all vanadium flow batteries:A review

电极材料在钒电池发展及应用中起到了至关重要的作用,对于钒电池电极的研究既包括不同基体电极材料的筛选,制备,也包括电极材料的结构优化,表面改性及模拟等.本文首先简要介绍了钒电池用电极材料的分类及其相关代表性结果,明确了电极材料的发展方向,其中具有耐腐蚀性,高电导率,高比表面积,高活性及价格低廉的电极材料成为研究的重点.随后以最具有实用价值的炭素电极材料为中心,详细介绍了该类材料的研究进展以及当前研究过程中存在的问题及可能的解决途径.最后,对电极材料的下一步研究工作进行了展望,认为不仅在电极材料产业化方面需要有进一步的突破,在与电极相关的基础研究如电极过程动力学等方面也需要有更为深入的探讨.     

Reviews of selected 100 recent papers for lithium batteries (Feb. 1, 2019 to Mar. 31, 2019)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter^*”为关键词检索了Web of Science从2019年2月1日至2019年3月31日上线的锂电池研究论文,共有2208篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了层状材料的结构演变及表面包覆对层状和尖晶石材料的影响。硅基复合负极材料研究侧重于嵌脱锂机理以及SEI界面层,金属锂负极的研究侧重于通过集流体、三维电极和表面覆盖层的设计以及电解液添加剂来提高其循环性能,并与锂硫和固态电池应用结合研究。固态电解质侧重于制备方法和离子输运机理研究,电解液添加剂的研究目标是提高电池充电至高电压时的稳定性。全固态电池的重点在于电极和电池设计和工艺研究。除了以材料为主的研究之外,针对电池分析、理论模拟和电池模型的研究论文也有多篇。