不同工况下功率型锂离子电池的热特性与仿真研究

本文针对功率型锂离子电池在使用过程中可能出现的热失控问题,以21700圆柱型锂离子电池为实验对象,采用混合功率脉冲特性(HPPC)测试方法,研究了不同条件下(温度、电流、荷电状态)内阻的变化趋势,并分别建立了基于温度、电流参数的Rint、Thevenin与双极化(DP)电路模型及电热耦合模型。借助Fluent仿真技术,进行了不同模型的验证,对比了不同放电倍率下模型仿真与实测温升的拟合精度。同时,实现了不同倍率下电池热行为的研究,为功率型锂离子电池的温度预测提供了一定的理论依据。

2020年先进能源材料与器件国际大会学术会议综述

来自国内外150多所高校和企业的近400名专家学者和研究生代表出席了本次会议.会议围绕新能源的先进电化学储能材料与器件展开研讨,所涉及的储能体系包括了锂离子电池、锂硫电池、超级电容器及新型二次电池等.本次会议为推动先进能源材料与器件领域的发展提供了一个良好的学术交流平台,大大提升了研发人员对新能源行业的发展动态、市场需求以及前沿工艺技术的深层次了解,对于推动基础研究成果和产业化应用的紧密结合起到了积极的作用.

碳化温度对软碳负极储锂动力学的影响

软碳是快充型锂离子电池的候选负极材料之一,发展高功率的软碳是当前的研究热点。软碳的电化学性能主要取决于其微观结构,并显著依赖前驱体的碳化温度。本工作以针状焦衍生软碳为模型材料,借助扫描电子显微(SEM)技术、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼(Raman)光谱及氮气等温吸附等表征手段,追踪了其在900~1700℃碳化温度下的结构演化,并通过循环伏安(CV)、恒流充放电(GCPL)、交流阻抗(EIS)等电化学表征方法解析了其微观结构与储锂动力学的相关性。结果表明,随着碳化温度的提高,软碳会出现三个结构占优阶段(无定形结构、乱层结构、石墨化结构),并对其电化学行为产生显著影响。其中,在无定形结构占优区域,软碳孔隙发达,储锂动力学较快,但容量较小(195 mAh/g),库仑效率较低(<60%);在石墨化结构占优区域,软碳库仑效率较高(80%),但动力学缓慢;而在乱层结构占优阶段,软碳可获得最佳的微观结构,从而在可逆比容量、首次库仑效率和倍率性能之间取得平衡。该结果为合理设计高性能的快充型软碳负极材料提供了参考。

孔结构对软碳负极储锂性能的影响

软碳具有倍率性能好、储锂容量高、与电解液相容性好等优点,是快充型锂离子电池理想的负极材料。通过造孔处理可以进一步提高软碳的储锂能力,增加其可逆容量,但目前缺少对孔结构与其电化学性能相关性的系统性研究。因此,本论文通过对软碳前驱体材料进行优选,分别以锦州针状焦和日本JEF针状焦为原材料,制备了具有不同孔结构的软碳材料,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)及氮气等温吸附等表征手段,解析了两者微观结构的差异性。同时,采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCPL)、交流阻抗(EIS)及电化学滴定(GITT)等电化学分析方法,研究了孔径分布对软碳电化学性能的影响。结果表明,软碳中的微孔对其首次循环过程的不可逆容量贡献较小。当软碳中存在适量的微孔(63%)时,可以在不对其首次库仑效率及循环稳定性产生影响的情况下,增加吸附反应机制的容量贡献,并提高储锂过程的反应动力学,从而达到较高的可逆容量及倍率性能。

Study on the effects of carbon coating on lithium-storage kinetics for soft carbon

Carbon-coating is a simple and practical method to improve the electrochemical performance of soft carbon anode for fast-charging lithium-ion battery,e.g.,reducing the loss of active lithium during the formation of the solid electrolyte interface(SEI)film,and thereby improving the initial coulombic efficiency.However,the systematic study of relationships between carbon-coating layer properties and electrochemical performances is still lacking.Therefore,two soft carbon materials with different carbon-coating layers were used as model materials,which were prepared by vapor-phase method and solid-phase method,respectively.SEM,TEM,XRD and Raman were conducted to characterize the structural evolution of the soft carbon in the coating process.CV,GCPL,EIS and GITT were conducted to analyze the electrochemical performance of carbon-coating soft carbon.This work provides a good guidance for the development of fast-charging soft carbon material.

超级电容器自放电的研究进展

自放电是评价超级电容器性能的重要指标之一,显著影响超级电容器在实际使用过程中的能量转换效率。理解超级电容器的自放电机理,建立准确的自放电模型,从而开发针对性的改进方法,对提高超级电容器的实用性至关重要。然而,当前大量的研究工作集中于提高超级电容器的能量密度和功率密度,对其自放电性能的关注较少。因此,本文综述了近年来超级电容器自放电研究工作的进展,着重介绍了电荷再分布、活化控制、扩散控制及电势驱动等自放电机制的数学模型及其影响因素,并从充电协议、表面化学改性、电极包覆、电解液/隔膜改性等方面总结了当前的自放电抑制策略,以期促进相关研究方向的发展。本文指出未来相关工作应在三个方面展开:首先,需要根据不同的应用需求建立完善的自放电评价体系;其次,需要将自放电的仿真模拟与先进的表征技术相结合,建立不同自放电机制的准确识别方法,并对其起因进行追溯;最后,需要根据自放电机制的不同,发展针对性的优化方法,实现自放电和其他电化学性能的同时优化。