锂离子电池爆炸机理分析

研究L iCoO2(或L1.05Co1/3N i1/3Mn3O2)/L ixC6锂离子电池材料的热分解特性以及锂离子电池在加热、过充、短路等情况下的爆炸机理.实验表明,50~350℃之间负极表面存在SEI膜的分解、L ixC6与电解液乃至L ixC6与PVDF等3种放热反应,电解液于178℃时开始放热,L i1-xCo1/3N i1/3Mn1/3O2的热分解反应起始于230℃.锂离子电池在150℃加热时爆炸,1.5 C过充至15 m in时爆炸,短路情况下不发生爆炸.     

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、...     

锂离子电池过充特性的研究

以尖晶石锰酸锂作锂离子电池正极材料,研究其过充电特性及影响因素.结果表明,电池1C过充特性和正极活性物质的量有关,与负极活性物质的量无关.充电倍率是影响电池过充特性的关键因素,低倍率过充时,结束电池过充的主要原因是内部电解液分解殆尽;高倍率过充时,因电池内部产生的热量增加,散热相对滞后,导致电池内部温度升高隔膜熔断从而截断回路结束过充.     

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.     

锂离子电池内部短路失效的反应机理研究

应用电池挤压试验机研究了锂离子电池内部短路失效过程,并由DSC、GC/MS和XRD分析了电池内部的正极、负极和电解液之间在不同温度下的反应机理.实验表明,正极Li0.5CoO2与电解液的反应是导致电池内部短路失效的根本原因.电池因内部短路发热,一旦温度达到正极Li0.5CoO2的分解温度时,正极瞬时分解,并释放出O2.后者与电解液瞬间发生剧烈反应,同时放出大量CO2气体,冲破电池壳体,造成电池发生爆炸.其中SEI膜自身的分解反应以及负极与电解液在初期的反应都为正极与电解液反应起了积累热量的作用.     

联苯用作锂离子电池过充安全保护剂的研究

以联苯在高电压下的电聚合反应用于锂离子电池过充保护.实验表明,于电解液中加入的联苯可在4.5～4.75V(相对于Li/Li+)下发生氧化电聚合反应,生成的导电聚合物可使过充的电池自动放电至更安全的充电状态.同时,电聚合产物使电池内阻升高、内压增大,从而提高了与其联用的保护装置的灵敏度.在正常充放电状态下,联苯的加入基本不影响电池的综合电性能.     

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,...     

锂离子电池容量衰减机理的研究进展

容量衰减是阻碍尖晶石锂锰氧化物商品化的主要障碍,正极活性材料的溶解、电解液的分解、钝化膜的形成等现象会引起充放电过程中不必要的副反应,这将导致电池容量的损失及衰减.本文总结了以尖晶石Li-Mn-O为阴极材料的电池的各种衰减现象的机理,并对各种机理做了比较和评价.提出了减少容量衰减的几种方法,并对尖晶石Li-Mn-O的发展作出展望.     

4-溴苯甲醚用作锂离子电池过充保护添加剂的研究

通过在锂离子电池电解液中添加4-溴苯甲醚(4-Bromoanisole, 简称4BA)来提高锂离子电池的过充保护能力. 对电池分别进行了过充实验、循环伏安扫描、红外光谱分析、交流阻抗和容量特性测试, 实验结果表明, 在1 mol•L－1 LiPF6/EC＋DEC＋DMC(质量比1/1/1)中添加5% 的4BA(质量分数)时, 当外加电压为4.4 V(相对于Li/Li＋)时, 4BA开始发生电聚合反应且生成高分子聚合物膜, 使电池内阻增大而阻止电压的升高, 从而使电池处于比较安全的状态. 该体系正常充放电过程中, 添加5%的4BA对电池容量特性基本没有影响, 4BA 的防过充机理为阻断机理.     

功能添加剂对锂离子电池的防过充电化学行为研究

研究了功能添加剂3-氯苯甲醚(3CA)和联苯(BP)联合使用在锂离子电池电解液中的防过充行为。通过采用微电极循环伏安法、动电位扫描分析、扫描电镜法和充放电法等手段研究表明：联苯和3-氯苯甲醚混合添加剂的聚合电位随3-氯苯甲醚含量的增加由4.7V前移至4.6V (vs. Li/Li+);电池在正常工作电压(2.75V~4.2V)下,添加剂不参与电池反应过程;当电压高于4.2V电池发生过充时,3-氯苯甲醚在电极表面首先发生氧化还原飞梭分流限压对电池进行过充保护;电压继续升高时,联苯在电极表面发生电聚合反应,生成的聚合膜表面光滑致密是电子的良导体能有效的阻止Li+的嵌入与脱出,并通过自放电使电池处于安全状态,防止电池过充发生爆炸。两种防过充机制共同作用,对电池实施多重护防,提高了电池的安全性能。     

人工智能在锂离子电池研发中的应用

锂离子电池已成为解决现代社会储能问题的最佳解决方案之一。然而,电池材料和器件开发都是复杂的多变量问题,传统的依赖研究人员进行实验的试错法在电池性能提升方面遇到了瓶颈。人工智能（AI）具有强大的高速、海量数据处理能力,是上述突破研究瓶颈的最具潜力的技术。其中,机器学习 (ML) 算法在评估多维数据变量和集合之间的组合关联方面的独特优势有望帮助研究人员发现不同因素之间的相互作用规律并阐明材料合成和设备制造的机制。本综述总结了锂离子电池传统研究方法遇到的各种挑战,并详细介绍了人工智能在电池材料研究、电池器件设计与制造、材料与器件表征、电池循环寿命与安全性评估等方面的应用。最重要的是,我们介绍了AI和ML在电池研究中面临的挑战,并讨论了它们应用的缺点和前景。我们相信,未来实验科学家、数学建模专家和AI专家之间更紧密的合作将极大地促进AI和ML方法用以解决传统方法难以克服的电池和材料问题。     

新型锂离子动力电池

介绍一种新型动力电池——LiFePO4锂离子电池,具体阐述了它的工作原理、制备方法和特点,并展望其在生活、生产中的应用前景。     

高性能锂离子二次电池隔膜

随着电动汽车对锂离子电池功率要求的不断提高, 高性能锂离子电池逐渐成为了人们研究的热点。隔膜作为锂离子电池的关键部件之一, 发挥着隔离正负极材料以及为锂离子迁移提供通道的作用。此外, 隔膜的热稳定性也直接影响着锂离子电池的安全性能。聚烯烃微孔隔膜由于其出色的化学稳定性、机械强度以及价格低廉而被广泛应用于锂离子电池中。然而, 其热稳定性差以及不易湿润等缺点给高性能锂离子电池的广泛应用带来很大隐患。因此, 本文探讨了聚烯烃微孔隔膜的表面改性, 以此为出发点, 介绍了基于聚合物表面改性的聚烯烃微孔隔膜、基于无机纳米颗粒的聚烯烃微孔隔膜、基于有机-无机复合材料的聚烯烃微孔隔膜的研究进展。在基于无机纳米颗粒的聚烯烃微孔隔膜的介绍中, 本文还对原子层沉积法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等先进表面改性方法进行了简单介绍。随后, 从湿法制备、相转化法、呼吸图法、静电纺丝法以及原位聚合法5种方法出发, 对其他聚合物微孔隔膜的研究进展进行了介绍。最后, 本文对将来高性能隔膜材料的研究方向上作出展望, 旨在为高性能锂离子二次电池隔膜材料的研究和应用提供参考。     

含有氟代溶剂或含氟添加剂的锂离子电解液

随着大型移动设备（如新能源汽车等）、储能电站及其他便携式充电设备的日益普及,锂离子电池正逐步占领化学电源市场的主导地位。电解液是锂离子电池的重要组成部分,对电池的许多性能如输出电压、能量密度、输出功率、寿命、温度适用范围和安全性能等具有重要的影响。氟具有很强的电负性和弱极性,氟代溶剂或含氟添加剂具有低熔点、高闪点和高氧化分解电压等优点。氟代溶剂与电极材料之间的润湿性也较好,在高电压电解液、高安全性电解液、宽温度窗口电解液以及其他特殊功能电解液的开发中具有深入的研究和广泛的应用。本文综述了近年来氟代溶剂或添加剂在锂离子电池电解液中的不同应用,分析阐述了其对电池性能提升的机理,总结了以氟代碳酸乙烯酯（FEC）为代表的氟代溶剂的合成方法,最后对用于锂离子电池电解液的氟代溶剂或含氟添加剂的研发方向和发展趋势进行了展望。     

A Review on Lithium-Ion Battery Separators towards Enhanced Safety Performances and Modelling Approaches

In recent years, the applications of lithium-ion batteries have emerged promptly owing to its widespread use in portable electronics and electric vehicles. Nevertheless, the safety of the battery systems has always been a global concern for the end-users. The separator is an indispensable part of lithium-ion batteries since it functions as a physical barrier for the electrode as well as an electrolyte reservoir for ionic transport. The properties of separators have direct influences on the performance of lithium-ion batteries, therefore the separators play an important role in the battery safety issue. With the rapid developments of applied materials, there have been extensive efforts to utilize these new materials as battery separators with enhanced electrical, fire, and explosion prevention performances. In this review, we aim to deliver an overview of recent advancements in numerical models on battery separators. Moreover, we summarize the physical properties of separators and benchmark selective key performance indicators. A broad picture of recent simulation studies on separators is given and a brief outlook for the future directions is also proposed.     

锂离子电池正极界面修饰用电解液添加剂

提高电压是提高锂离子电池比能量的重要途径之一。例如,LiNi_0.5Mn_1.5O₄(4.7 V)、LiNiPO₄(5.1 V)和富锂锰基等电极材料在较高的充电截止电压下表现出较高的能量密度和较低的成本,具有很好的应用前景。另外,提高LiCoO₂和三元电池体系的充电截止电压是提升电池能量密度的简单有效措施。但是,当电池充电截止电压提高时,不仅会造成电解液在正极/电解液界面的氧化分解,还会加速正极中金属阳离子在电解液中的溶解,造成电池循环性能和安全性下降。采用不同的正极界面修饰用电解液添加剂,既可以有效钝化正极/电解液界面,抑制电解液的分解,还可以有效抑制正极结构的破坏。本文从添加剂的分子结构出发,介绍了磺酸酯、硼酸酯、磷酸酯、氟代碳酸酯、腈类、酸酐和锂盐等添加剂在正极界面的相关研究成果,并对不同添加剂的作用机理进行了详细的解释和归纳;另外,介绍了添加剂的联用技术在不同电池体系中的最新研究成果;最后,对新型正极界面修饰用电解液添加剂的开发进行了展望。     

白藜芦醇对长期贮存锂离子电池电解液性能的影响

锂离子电池电解液从制造完成到使用,一般都会经历灌装、运输和贮存的过程,了解长期贮存过程对锂离子电池电解液性能的影响,对锂离子电池的生产具有一定的理论指导意义.本文运用电化学阻抗谱(EIS)测试并结合循环伏安法(CV)测试、充放电测试、扫描电子显微镜(SEM)等研究了1 mol.L-1 LiPF6-EC:EMC 基础电解...     

Comprehensive Characterization of Shredded Lithium-Ion Battery Recycling Material

Herein we report on an analytical study of dry-shredded lithium-ion battery (LIB) materials with unknown composition. Samples from an industrial recycling process were analyzed concerning the elemental composition and (organic) compound speciation. Deep understanding of the base material for LIB recycling was obtained by identification and analysis of transition metal stoichiometry, current collector metals, base electrolyte and electrolyte additive residues, aging marker molecules and polymer binder fingerprints. For reversed engineering purposes, the main electrode and electrolyte chemistries were traced back to pristine materials. Furthermore, possible lifetime application and accompanied aging was evaluated based on target analysis on characteristic molecules described in literature. With this, the reported analytics provided precious information for value estimation of the undefined spent batteries and enabled tailored recycling process deliberations. The comprehensive feedstock characterization shown in this work paves the way for targeted process control in LIB recycling processes.     

锂离子电池硅纳米粒子/碳复合材料

硅由于其超高的理论比容量有望取代石墨成为下一代锂离子电池负极材料,但是硅在充放电过程中巨大的体积膨胀(~300%)会导致材料粉化从集流体上脱落,同时不断形成固相电解质层,造成不可逆容量损失,而材料纳米化和碳复合是解决这些问题的有效手段。本文介绍了硅在循环过程中容量衰减机理,并综述了硅纳米粒子与碳材料复合的最新进展,主要包括包覆型、核壳型以及嵌入型硅碳负极材料,并对核壳型与嵌入型做了重点探究,最后对硅纳米粒子/碳复合材料存在的问题进行分析并展望其研究前景。