金属锂电池的热失控与安全性研究进展

锂离子电池在便携式储能器件及电动汽车领域得到了广泛应用,然而频繁发生的电池起火爆炸事故,使热失控和热安全问题备受人们关注,目前已有多篇综述报道了缓解锂离子电池热失控的措施。相比于已经接近理论比能极限的锂离子电池,金属锂负极具有更高的比容量、更低的电势和高反应活性,但是不可控的锂枝晶生长,使得金属锂电池的热失控问题更为复杂和严重。针对金属锂电池的热失控问题,本文首先介绍了热失控的诱因及基本过程和阶段,其次从材料层面综述了提高电池热安全性的多种策略,包括使用阻燃性电解质、离子液体电解质、高浓电解质和局域高浓电解质等不易燃液态电解质体系,开发高热稳定性隔膜、热响应隔膜、阻燃性隔膜和具有枝晶检测预警与枝晶消除功能的新型智能隔膜,以及研究热响应聚合物电解质,最后对金属锂电池热失控在未来的进一步研究进行了展望。     

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、...     

锂离子电池的安全性技术

锂离子电池兼具高比能和高比功率特性,是目前最为理想的动力与储能电源体系.然而,由于存在安全隐患,大容量和高功率锂离子电池的商业化应用受到了很大程度的限制.因此,发展自激发安全保护技术,提高锂离子电池的使用安全性,是近年来锂离子电池的研究热点之一.本文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技术的作用原理,...     

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.     

三元锂离子电池容量衰减机理研究进展

三元锂离子电池主要是指使用镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)作为正极材料的锂离子电池,三元锂离子电池广泛应用于电动汽车、3C电子产品、储能等领域。然而,三元锂离子电池的循环寿命已成为其进一步发展的最大障碍,因此了解三元锂离子电池的容量衰退机理具有重要意义。三元锂离子电池的衰退机理主要包括五个方面:晶体结构的改变和相变、活性材料的损失、电解质的分解和消耗、可脱嵌锂离子的损耗以及固体电解质界面的形成。本文总结了近年来相关方面的研究进展,以期更全面地总结三元锂离子电池的容量衰减机理,并对三元锂离子电池的应用前景进行了展望。     

水系锌离子电池锰基正极材料

水系锌离子电池(AZIBs)以低成本、高安全性和高环保特性在大规模储能领域具有广阔的应用前景,当前备受关注的正极材料是研究的热点.锰基化合物因具有资源丰富、环境友好和价格低廉等优点,是最具市场应用前景的一类正极材料.本文详细综述了不同锰基化合物的结构特点以及锰基AZIBs在充放电过程中涉及的四种储能机理,讨论了AZIB...     

石墨烯增增强锂离离子电池池铝箔集流流体的抗抗腐蚀性性

正锂离子电池广泛应用在手机、笔记本电脑以及电动汽车等领域~(1,2)。提升锂离子电池性能是当今储能领域的研究的热潮。尽管材料体系千变万化,集流体是锂离子电池不可或缺的组成部分,起着沟通外部电路与内部电化学反应的重要作用~(3,4)。集流体材料必须满足稳定性高、导电性高、轻质高强、价格低廉等要求。目前,铜箔和铝箔分别是商业化锂离子电池常用的正极和负极集流     

长寿命、高安全性的Li4Ti5O12／LiMn2O4锂离子电池

自Sony公司推出锂离子二次电池以来，以AC／LiCoO2体系为主的商品锂离子电池由于具有高容量、高电压、环境友好等优势，已在便携式电子设备领域得到了广泛应用。但由于C／LiCoO2体系的锂离子电池存在成本、安全和寿命等方面的问题，限制了其在动力和储能领域的应用。选择合适的锂离子电池材料，开发新的电池体系是解决问题的关键。     

钠离子储能材料和器件

正锂离子电池由于其高的能量密度和功率密度被广泛应用于便携式电子设备、电动交通工具和航空航天等领域1。然而,锂资源在全球储量匮乏且分布不均以及储能市场需求的日益增加,阻碍锂离子电池的进一步发展。近年来,钠离子电池由于钠资源储量丰富、合适的电化学平台、低廉的价格以及与锂离子电池相似的储能机理,得到了研     

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.     

锂离子电池隔膜的功能化改性及表征技术

随着锂离子电池在动力和规模化储能等新能源领域应用的不断拓展,具有特殊功能且满足特定使用需求隔膜的设计准则、制备/改性方法及表征技术亟需系统深入研究。针对锂离子电池高性能和高安全性的要求,研究人员已通过结构设计和表面化学改性等策略优化了隔膜的本征特性,并通过系列表征技术探讨了隔膜的功能化改性对锂离子电池电化学性能的影响。基于以上背景,本文从离子传输、枝晶形核与生长、及安全性能三个方面详细探讨了隔膜对电池性能影响的关键因素及其改性方法,并系统总结了隔膜结构、物化特性、力学性能、热学性能以及电化学性能的表征技术,以期为功能隔膜的合理设计,从而优化锂离子电池性能提供理论和实践指导。同时,本文对隔膜未来的进一步研究和发展提出了展望。     

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.     

3, 4-乙烯二氧噻吩单体用作锂离子电池安全性改善添加剂的研究

安全性是制约锂离子电池向电动汽车领域应用拓展的主要障碍. 本工作提出了一种能够有效改善锂离子电池安全性的电解液添加剂-3,4-乙烯二氧噻吩单体（EDOT）,研究了其在有机电解液中的电氧化聚合行为,以及对LiCoO₂电极高温热行为和电池安全性、电化学性能的影响. 循环伏安（CV）和透射电镜（TEM）表征结果表明,单体添加剂能够在电池充电过程发生电氧化聚合,在正极表面形成一层聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）导电聚合物膜;差示扫描量热（DSC）分析结果显示,PEDOT隔离了电解液与正极表面的直接接触,减少了过热条件下电解液在正极表面的分解放热. 安全性测试结果表明,在电解液中仅添加0.1%的EDOT单体,即可将电池在150 ^oC高温热冲击下发生热失控的时间推迟13.8分钟. 电化学性能测试结果表明,聚合产物良好的电子导电性能有效改善正极的电子传导能力,在一定程度上提高电池的倍率性能和循环稳定性,而容量、低温性能等基本不受影响,展示出良好的应用前景.     

微量量热法分析锂离子电池热失控过程

动力锂离子电池(LIB)的安全问题,尤其是热失控这一频发的安全事件严重影响乘车人员的安全以及新能源汽车的推广.本工作使用C80微量量热仪准确测量了商用锂离子电池的内在产热,通过研究分析不同质量比例的负极-电解液产热及不同质量比例的正极-负极产热,明确了LIB在热失控阶段的主要反应分为负极与电解液反应放热(130～200℃),三元镍钴锰酸锂(NCM)正极释氧与负极反应放热(200～240℃)和磷酸铁锂(LFP)正极释氧与负极反应放热(240～300℃)等.通过使用去卷积数学方法对不同质量比例的负极-电解液及不同质量比例的正极-负极产热分析研究表明,在商用锂电池注液系数条件下,电解液会优先与负极反应且被全部消耗,剩余嵌锂负极会进一步与正极反应放热,且反应热与正极材料特性密切相关.残余正极物质虽然结构坍塌仍会释氧,但由于缺少与之反应的负极或电解液,热量不会再明显增加.通过对不同荷电状态(SOC)及不同类型的锂电池主材进行产热测试,能更好地指导电极材料的改性和电池组装的开发设计,从而提高LIB整体热稳定性和安全性,最终获得整包和新能源车的安全提高.     

纤维储能电池的设计和应用

以纤维锂离子电池为代表的纤维储能电池凭借其独特的一维结构,在物联网、可穿戴技术等新兴领域发挥着重要作用.然而,这类纤维储能电池在面向实际应用的过程中存在高效制备和性能匹配等难题尚未解决,最终无法实现由科学理论向实际应用的过渡.本文结合本课题组近期工作,总结了柔性纤维储能电池方面的研究进展.结合纤维锂离子电池的电化学性能、力学性能以及使用耐受性,首先讨论并归纳了纤维锂离子电池的连续化制备方法;进一步,总结了基于连续化制备的纤维锂离子电池所构建的储能织物以及与可穿戴设备集成等方面的应用,重点聚焦于其在大数据云健康、未来通讯、生物医学等领域的应用场景;最后,总结了柔性纤维储能电池的发展现状并展望了该研究领域的未来发展方向.     

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.     

长寿命、高安全性的Li4Ti5O12/LiMn2O4锂离子电池

自Sony公司推出锂离子二次电池以来,以C/LiCoO_2体系为主的商品锂离子电池由于具有高容量、高电压、环境友好等优势,已在便携式电子设备领域得到了广泛应用。但由于C/LiCoO_2体系的锂离子电池存在成本、安全和寿命等方面的问题,限制了其在动力和储能领域的应用。选择合适的锂离子电池材料,开发新的电池体系是解决问题的关键。     

专访钠离子储能领域领军人物：余彦教授

正储能技术是实现太阳能、风能等可再生能源发电并网普及应用和智能电网建设所急需的核心技术之一。随着规模化储能及电动汽车技术的推广应用,锂资源紧缺问题可能成为制约其大规模应用的最大障碍。相比于传统的锂离子电池,钠离子电池具有低成本、高安全性的优点。因此被赋予厚望。近几年来,     

原子力显微镜在锂离子电池界面研究中的应用

近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求. 然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一步提高现有锂离子电池的能量密度,需要对锂离子电池的整个系统和工作原理有更深刻和全面的理解. 存在于锂离子电池电极材料和电解液之间的固态电解质中间相（solid electrolyte interphase,SEI）已被证明是一个影响电池性能的重要因素,目前学术界和产业界对其认识还不是很全面,尤其是高分辨、工况下以及多技术联合的界面表征工作较少见到报道. 原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）通过探测针尖与样品之间的相互作用力,能够在原子尺度上原位表征液态电池界面的形貌以及力学特性,对于电极界面的理解和调控非常重要. 本文作者通过总结近几年AFM在锂离子电池SEI研究的中的应用,并结合本课题组在该领域的工作,对AFM技术在锂离子电池SEI研究中的应用做了总结和展望,对加深锂离子电池界面的理解,以及构建稳定锂电池界面的相关研究有参考意义.