高比能电池新材料与安全性新技术的研究进展 Ⅰ.锂离子电池自激发安全保护机制

安全性问题是阻碍大容量和高功率锂离子动力电池应用的关键.本文以作者课题组近期研究工作为主,简要介绍了几种旨在提高锂离子电池安全性的自激发安全保护机制,包括氧化还原穿梭剂、电压敏感隔膜、温度敏感电极、阻燃性电解液,并分析了这些方法的应用特点.     

锂离子电池自修复聚合物电解质的研究进展

自修复材料可以修复其在外界环境因素作用下产生的局部创伤或微裂纹,大大延长材料的使用寿命.将自修复聚合物作为固态聚合物电解质应用于锂离子电池,可以显著提高锂离子电池的循环稳定性和安全性,延长使用寿命.本文首先概述了自修复聚合物材料的发展历程和修复机理,然后按超分子相互作用和动态共价键分类总结了本征型自修复聚合物电解质应用于锂离子电池的研究进展,最后对自修复聚合物电解质存在的问题和未来的发展方向做出了展望,为下一代高安全性、高性能和长使用寿命的锂离子电池的研究提供借鉴.     

有机硼酸锂盐及亚硫酸酯类功能电解质材料

随着锂离子电池对高安全性、高容量、高功率等性能的技术需求,新型功能电解质材料的研究开发成为锂离子电池新材料领域研发工作的重点.本文对面向锂离子电池应用的功能电解质材料锂盐和添加剂的最新研究进展作了较为全面的阐述,其中重点介绍了本研究团队近年来在面向改善锂离子电池安全性能、提高其温度适应性、增强电解质与电极材料相容特性等...     

锂离子电池安全性能研究

随着锂离子电池能量密度进一步提高,成本进一步降低,其应用领域越来越广泛,特别是最近几年来在电动汽车和储能领域的应用被寄予厚望.然而,锂离子电池的安全性是目前制约其应用领域扩展的主要瓶颈之一.锂离子电池的安全性归根结底取决于锂离子电池材料的热稳定性,本文综述了锂离子电池材料热稳定性的理解和提高方面的最新进展.过充、热箱、...     

高安全性阻燃动力锂离子电池隔膜

逐年加剧的能源短缺以及日益严重的环境污染问题使得发展电动汽车日益迫切.电动汽车安全问题对动力锂离子电池在大功率输出和高安全性能等方面提出了更高的要求.隔膜电解质体系是制约动力锂离子电池快速发展的重要瓶颈之一,因此,开发高性能的隔膜对提高动力锂离子电池的综合性能至关重要.本文综述了近年来隔膜材料的种类、制备工艺、性能以及本课题组在高安全性阻燃动力锂离子电池隔膜方面的研究进展,并对未来电池隔膜的发展方向进行了预期和展望.     

有机磷酸酯阻燃电解液的研究进展

随着锂离子电池的市场拓展,安全性问题已成为电动汽车、大规模储能等应用领域关注的首要问题. 目前商品化的锂离子电池普遍采用低沸点碳酸酯类电解液,其易燃性成为电池不安全性的主要隐患. 为了提高锂离子电池的本征安全性,阻燃或不燃性电解液成为近年来研究的热点,其中以磷酸酯为溶剂的阻燃型或不燃型电解液受到广泛关注. 本文主要介绍磷酸酯阻燃和不燃电解液的研究状况,分析了这类电解液与锂离子电池正负极的兼容性问题,讨论了改善磷酸酯电解液电化学兼容性的途径,提出了发展高效、安全、稳定的不燃电解液的一些思路.     

锂离子电池的过充安全保护技术研究

锂离子电池由于兼具高比能量和高比功率的显著优势,被认为是最具发展潜力的动力电池体系.目前制约大容量锂离子动力电池应用的最主要障碍是电池的安全性,即电池在过充、短路、冲压、穿刺、振动、高温热冲击等滥用条件下,极易发生爆炸或燃烧等不安全行为.其中,过充电是引发锂离子电池不安全行为的最危险因素之一.     

锂离子电池安全性保护措施研究进展

锂离子电池最常见的安全性问题主要出现在电解液和隔膜.热失控是导致锂离子电池产生安全事故的主要原因.改变电解液组分、增加电解液组分、引入阻燃添加剂等措施,能够有效缓解并抑制热效应,降低可燃性.改性聚烯烃隔膜是提高隔膜热稳定性的简单方法,使用高熔点的聚合物或无机材料对隔膜进行修饰,其本质类似于给隔膜穿上一层“外骨骼”,用来抵御热冲击和机械冲击.隔膜在保证具备基本功能的同时,还要更加环保,逐步转向可持续的生物质材料.本文针对近年来锂离子电池的安全保护措施进行了综述,主要包括近几年内部保护措施和外部保护措施的相关研究和探索方面的成果.详细介绍了最近报道的不易燃电解液、阻燃添加剂、隔膜、正极材料、限流设备和电池管理系统的作用机理和研究进展,并展望了未来锂离子电池安全性研究的发展方向.     

具有热关断涂层的锂电池隔膜性能表征

介绍了一种具有热关断涂层的锂电池功能隔膜,利用热关断涂层的耐热特点来降低隔膜的热闭孔温度,当电池内部达到一定的温度时,涂层迅速熔化并覆于极片和隔膜之间,形成绝缘层,阻止锂离子的进一步传输,从而提高锂离子电池的安全性. 实验表明,热关断涂层表观均匀,对电池的内阻、倍率性能和循环性能没有不良影响. 电池的安全测试表明,该功能隔膜可表现出优异的安全防护作用.     

LiCoO2/LiNiO2/LiMn2O4材料安全性能的研究

随着锂离子电池的大型化,对电池安全性能的研究显得更为重要。锂离子电池的安全性有不同的测试方法,如进行过充试验和短路试验。在这些安全性试验中,以及在滥用中出现的安全性的问题,大多是由于电池内部温度升高,进而触发了大量放热的副反应[1],引起电池发生爆炸。本文通过对AA     

高性能纤维素基复合锂离子电池隔膜研究进展

随着锂离子电池单体容量及模块容量的提高,电池的安全性问题愈发严峻.传统的聚烯烃隔膜尺寸耐热性能较差,因而迫切需要开发高安全性的锂离子电池隔膜.纤维素是一种热固性高分子材料,具有耐热性能优异的优点,而且其天然产量大,成本低,易于抄纸加工,特别适用于制造尺寸热稳定性好的新型锂离子动力电池隔膜.本文主要综述了近年来纤维素基锂离子电池隔膜的研究进展,并对该领域的未来应用和挑战进行了展望.     

锂离子电池高电压和耐燃电解液研究进展

电解液作为锂离子电池的重要组成部分,起着传输离子的作用,电解液的性质对电池的容量、循环性能及安全性能等影响巨大.近年来,随着高电压、高能量密度锂离子电池的开发应用,现有常规碳酸酯电解液存在正极稳定性差、闪点低、易燃烧等问题.因此,发展高电压耐燃电解液是应用高电压高容量正极材料、发展高电压高容量高安全性锂离子电池的迫切需要.主要综述了高电压电解液、耐燃性电解液及兼具抗氧化性和耐燃性的高浓度电解液的研究进展和现状.在此基础上,对锂离子电池新型电解液的发展方向进行了展望.     

四丁基六氟磷酸铵作为锂离子电池阻燃添加剂的研究

近年来关于锂离子电池造成的安全问题甚至事故的报道屡见不鲜,锂离子电池的安全问题已经成为人们关注的焦点. 我们用四丁基六氟磷酸铵（TBAPF₆）作为锂离子电池电解液阻燃添加剂,研究发现添加了TBAPF₆的电解液具有明显的阻燃效果,同时电解液电导率下降并不明显. LiCoO₂/Graphite全电池在添加了TBAPF₆的电解液中可逆容量会略有降低,但具有更优异的循环稳定性. 主要是由于TBAPF₆添加量的增加会影响石墨电极的库伦效率,延长活化时间. 通过对LiCoO₂/Graphite全电池绝热加速量热仪（ARC）测试,表明添加TBAPF₆对电池的燃烧有明显的抑制作用. 在TBAPF₆添加量至5%时,电池在300 ^oC内自放热速率不超过0.1^oC/min,电池的安全性显著提高.     

高比能锂离子电池高电压电解液的设计

自便携式电子设备以及电动汽车问世后,锂离子电池储能设备已经难以满足当前的生活与生产需求.锂离子电池作为商业储能设备市场的主要占有者,正朝着更高的能量密度、更长久的使用寿命以及更高的安全性能等方向发展.虽然通过提高锂离子电池的截止电压可以达到提升电池重量密度和体积密度的效果,但电池体系在高电压下将非常不稳定,这将导致锂离子电池的循环性能迅速衰减.同时,大量的电解液分解产物的堆积,导致电池的界面阻抗上升.另一方面,气体的生成形成了电池的安全隐患.本文针对高电压电解液的溶剂设计和电解液添加剂设计两个方面,回顾了过去一段时间里高电压电解液的发展.根据当前的理论研究基础,提出了高比能锂离子电池电解液的设计重心和未来该领域的主要研究方向.     

影响锂离子电池安全性的因素

锂离子电池的安全性一直是锂离子电池 ,特别是大型锂离子电池研制、生产、使用中的关键性问题 ,通过对锂离子电池的材料、制造工艺以及使用条件等方面的探讨 ,分析影响锂离子二次电池安全性的各种因素     

锂离子电池隔膜专利分析与发展趋势

随着科学技术的日新月异,作为绿色电池之一的锂离子电池已成为储能最重要的途径,亦是移动信息和日常生活中不可或缺的产品.锂离子电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分,隔膜在正负电极之间起物理隔离作用,可以有效防止电路短路,同时隔膜允许锂离子从中通过,使电池充放电功能得以实现.因此,锂离子电池隔膜对锂电池性能和安全性有着重要的影响.为了了解锂离子电池隔膜技术在世界范围及国内的分布及发展趋势,通过德温特(DII)数据库以及国家知识产权局专利检索与服务系统分别对近十年(2005~2014年)国际范围内及国内专利情况进行了检索和统计,并对其知识产权的发展趋势进行分析和预测.     

浅析动力电池的技术发展

从普及纯电动汽车的远期目标出发,基于动力电池的技术现状,本文提出了动力电池的近、中和远期的合理开发目标.通过分析可能满足各阶段目标的电池体系,提出了动力电池的技术发展路线,着重分析了提升正极或负极容量对于电池能量密度的贡献,并针对锂离子电池、锂-硫和锂-空气电池的材料与技术发展提出了可能的思路.最后,简要分析了动力锂离子电池的安全性问题及其可能的解决方案.     

锂离子动力电池及其关键材料的发展趋势

进一步提高电池的能量密度是动力电池发展的主题和趋势,而关键材料是其基础.本文从锂离子动力电池正、负极材料,隔膜及电解液等几个方面,对锂离子动力电池关键材料的发展趋势进行评述.开发高电压、高容量的正极新材料成为动力锂离子电池比能量大幅度提升的主要途径;负极材料将继续朝低成本、高比能量、高安全性的方向发展,硅基负极材料将全面替代其他负极材料成为行业共识.此外,本文还对锂离子动力电池正极、负极材料等的选择及匹配技术、动力电池安全性、电池制造工艺等的关键技术进行了简要分析,并提出了锂离子动力电池研究中应予以关注的基础科学问题.     

锂离子电池的过充安全保护技术研究

锂离子电池由于兼具高比能量和高比功率的显著优势，被认为是最具发展潜力的动力电池体系。目前制约大容量锂离子动力电池应用的最主要障碍是电池的安全性，即电池在过充、短路、冲压、穿刺、振动、高温热冲击等滥用条件下，极易发生爆炸或燃烧等不安全行为。其中，过充电是引发锂离子电池不安全行为的最危险因素之一。     

锂离子电池隔膜改性研究进展

锂离子电池作为便携式电子产品、新能源汽车、蓄电设备等产品电源备受关注。锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成。隔膜虽然不直接参与锂离子电池中的电化学反应,但是隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其性质在很大程度上影响锂离子电池的性能。目前聚烯烃仍是使用最为广泛和商业化最为成功的锂离子电池隔膜材料,但因其不良的电解液浸润性和热稳定性,降低了锂离子电池的电性能和安全性,因此改性成为改善聚烯烃隔膜材料性能和推广应用的重要途径。本文从聚烯烃材料多层膜结构改性、表面涂覆改性和层层自组装改性三方面总结了近五年聚烯烃隔膜改性研究的最新进展。最后,提出增强聚烯烃隔膜的热稳定性和电化学性能仍是未来研究重点,并对新型隔膜材料进行展望。