水系可充电锂离子电池电解液的研究进展

与使用有机电解液的传统锂离子电池相比,基于水溶液电解质的可充电锂离子电池具有更低的成本和更好的安全性能。锂离子电池在离子电导率较高的水溶液电解质中具有较好的电化学性能。其中,电极材料的合理选择以及合适的电解液组成都会影响水系可充电锂离子电池的性能。改进电解液作为一种拓宽电化学稳定窗口并增加电池循环寿命的有效策略,成为提升水系可充电锂离子电池性能的主要研究方向之一。本文通过对相关文献的探讨,主要总结了水系可充电锂离子电池电解液的研究进展及展望了其未来可能的发展趋势。

水系可充电锂离子电池面临的挑战及解决方法

锂离子电池具有能量密度高,自放电率低和轻便易携带等优点,在电池市场中不可或缺,在各个领域应用广泛。而日益严重的生态问题使人们对电池的安全性,环保性有更高的要求。水系可充电锂离子电池电解液为水溶液,不仅安全环保,而且离子电导率高,对组装工艺要求低,因此受到研究者的青睐。介绍了水系锂离子电池在发展过程中遇到的主要挑战,归纳了提升电极材料和电解质电化学性能的常用方案,并对水系锂离子电池的发展进行展望。

锂离子电池——可充电的世界

锂离子电池创造了一个可充电的世界.锂离子动力电池的升级换代,有利于实现2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标.本文简介了锂的基础知识,回顾了锂离子电池研发历程,说明了锂离子电池结构、原理、特点,并提供了一个物理教学片段.

废旧锂离子电池回收制备MnO_(2)及其储锌性能

随着锂离子电池产业的快速发展,退役锂离子电池的回收利用问题已成为工业和学术界关注的热点。前人对废旧锂离子电池中有价值资源的回收做了大量研究,但将回收的锂离子电池材料直接转化为新型储能体系电极材料的研究鲜有报道。为实现退役电池的资源化再利用,可通过简单的H_(2)SO_(4)浸渍法,将废旧锂离子电池中锰酸锂(LiMn_(2)O_(4))材料转化为MnO_(2),并用做水系锌离子电池正极材料。通过XRD、XPS、BET、SEM、CV、TEM、EIS以及电化学性能测试等表征方法,探究酸浸渍条件如温度、时间等对所制备MnO_(2)形貌、结构和电化学性能的影响规律。结果表明:LiMn2O4材料经酸浸渍会发生歧化反应,使Li^(+)和部分Mn^(2+)从晶格中溶出,而浸渍温度对离子的溶出速度有显著影响。室温下,LiMn_(2)O_(4)晶格中离子的溶出速度较慢,可获得与其晶体结构相近的λ-MnO_(2)材料;而水热条件下,高反应温度会加剧晶格中原子的振动,加快离子溶出速度,形成晶体结构更紧密且热力学更稳定的γ-MnO_(2)和β-MnO_(2)。电化学性能测试结果显示,具有纳米棒状形貌和较大比表面积的γ-MnO_(2)材料,表现出较高的放电比容量和最优的循环稳定性,在0.3和3.0 A/g电流密度下,其放电比容量分别为273.3和127.2 mAh/g。在3.0 A/g电流密度下,γ-MnO_(2)材料经200、500和1 000圈循环后,其容量保持率高达77.1%、65.7%和43.9%。此外,通过ex-XRD表征研究发现,该Zn//MnO2电池的电化学储能机理遵循H^(+)/Zn^(2+)共插入/脱出机制。

含添加剂的水系灭火剂抑制锂离子电池火灾试验研究

通过自主搭建的试验平台开展含添加剂的水系灭火剂抑制三元锂离子电池火灾的试验。分别选用不同质量分数表面活性剂、钾盐、微胞囊灭火剂进行含单一添加剂的水系灭火剂灭火试验,在此基础上复配得到3种复合添加剂配方,通过试验研究其对锂离子电池火灾抑制的有效性。结果表明:含复合添加剂的灭火剂的降温速率和灭火能力普遍优于含单一添加剂的灭火剂,且CF-2灭火剂对三元锂离子电池火灾的灭火效果最佳。对CF-2灭火剂配方进行理化性质测试并加入抗冻剂优化,得到优化后的灭火剂配方为CF-4:SDS(1.5%)、尿素(0.34%)、三乙醇胺(0.024%)、K_(2)C_(2)O_(4)(1.2%)、N,N-二甲基甲酰胺(0.6%)、乙二醇(0.3%)、聚丙烯酰胺(0.1%)。试验表明该配方不仅适用于锂电池火灾且在一定条件下可实现工程化应用。

美国船级社(ABS)发布《锂离子电池在船舶及海工行业应用要求》(2024)

近日,美国船级社(ABS)发布了《锂离子电池在船舶及海工行业应用要求》(2024)(简称《要求》)。ABS表示,关注到电池在船舶及海工领域应用量的提高及带来的优势,锂离子电池作为主要的可充电电池,具有能量密度高、质量轻、充电快、自放电率低及记忆效应低等优点。锂离子电池在大规模能源应用方面的发展还处于相对初始阶段,尤其是在船舶和海工行业。ABS制定《要求》,旨在提供要求及参考标准,以促进锂离子电池系统的有效安装和运行。

水系锂离子电池电极材料研究进展

本文总结了近年来国内外水系锂离子电池正负极材料的研究进展,分析了它们的优异性能,讨论了通过碳包覆、掺杂和纳米化等方法对电极材料进行改性来改善副反应多、电极材料会与电解液发生作用等影响电池电化学性能的问题,并提出对电极材料改性是未来水系锂离子电池的主要研究方向。

锂离子可充电电池的最新研究进展

近年来,锂离子可充电电池的发展一直倍受人们关注。其最主要的发展趋势是锂钴/镍氧化物将逐步替代锂钴氧正极材料,并且聚合物电解质电池也正在投入生产。而将来的发展趋势很可能是研发新的正极材料和电解液以降低电池的成本和提高电池的安全性能。本文对锂离子电池的发展历史及最新发展状况进行综述及评论。

基于机械性能优化的锂离子电池正极材料设计——评《锂离子电池正极材料合成表征及操作实例》

锂离子电池作为当前应用最广的可充电电池类型之一,在移动电子设备、电动汽车和储能系统等领域得到了广泛应用。正极材料的性能对锂离子电池的循环寿命、能量密度和安全性等有着至关重要的影响。为寻找更廉价、高容量、高比能量的安全可靠的正极材料开展的研究,是锂离子电池领域的热点研究之一。锂离子电池正极材料需要具有一定的硬度和强度,以保护锂离子电池内部的结构及电解液,防止在使用过程中出现损坏,导致电路短路、漏电等安全问题。此外,正极材料与负极材料之间的机械匹配度,也是影响电池性能和寿命的重要因素。例如,正极材料和负极材料之间的膨胀系数不匹配,容易引起电池内部的应力集中和失配,导致电解液泄漏或电池内部短路等安全问题。为了提高锂离子电池的机械性能,优化正极材料的配方、纳米材料的制备、电极的制备工艺以及电池的机械包装等,都十分重要。

水系锂离子电池负极材料LiTi_2(PO_4)_3/C的合成与电化学性能

采用Pechini法合成了纳米LiTi2(PO4)3,以聚乙烯醇(PVA)为碳源,探讨了不同碳源分散方式下制备的碳包覆LiTi2(PO4)3电极电化学性能的影响因素.结果表明,纳米LiTi2(PO4)3的电化学性能主要取决于本身晶相的纯度和结晶度,其次为LiTi2(PO4)3颗粒表面碳包覆层的均匀程度.采用旋转蒸发的碳源分散方式制得的纳米LiTi2(PO4)3晶相纯度高,结晶度好,LiTi2(PO4)3颗粒表面碳包覆层均匀,电化学性能最优.4C倍率下首次放电容量达到123mA·h/g,充放电循环200次容量保持率在85%以上.

钒酸盐材料用于水系锂离子电池负极的研究

负极材料是目前制约水系锂离子电池的关键因素。钒酸盐材料因为较高的比容量和合适的脱嵌锂电位被广泛用于水系锂离子电池的负极。结合研究结果,对钒酸盐材料在水系锂离子电池领域的研究现状进行了综述,重点对相关材料的晶体结构、电化学性能和容量衰减机制进行了分析,提出了进一步改善水系锂离子电池电化学性能的措施。

水系锂离子电池研究进展

采用锂离子嵌入化合物（碳和钻酸锂）和有机电解质的锂离子电池，自1990年商品化以来，以其高比能量的优点，迅速占领小型电池市场，并已广泛用于摄像机、笔记本电脑、移动电话等情报通讯器件。但因为所采用的有机电解质的可燃性和存不正确使用（如过充或短路）时电极材料与有机电解质的高反应活性等引起的安全性和高成本等问题，

萜烯树脂/羧甲基纤维素复合水系粘结剂用于锂离子电池石墨负极（英文）

萜烯是一类广泛存在于植物和海洋生物体内的天然碳氢化合物,萜烯树脂(TR)经乳化得到萜烯树脂乳液(ATRE)。本文采用ATRE/羧甲基纤维素(CMC)作为锂离子电池石墨负极粘结剂。差示扫描量热(DSC)测试表明ATRE/CMC能够混溶。优化TR/CMC比例,发现采用TR/CMC(3∶2,质量比)粘结剂制备的石墨电极在比容量和倍率性能优于目前商用丁苯橡胶(SBR)/CMC粘结剂。

微/纳多级结构LiMn_2O_4微米球在水系锂离子电池中的应用

通过750℃煅烧由共沉淀法制得的碳酸盐前驱物，制备出由粒径为30-40nm的纳米粒子组装的直径为600-900nm的微／纳多级结构LiMn2O4微米球。将这种LiMn2O4多孔微米球作为水系锂离子电池电极材料，在2MLi2S04水溶液中具有优良的倍率性能，在1Ag^-1，1.5Ag^-1,，2Ag^-1,和2．5Ag^-1,的电流密度下，其放电容量均在110mAhg。左右，当电流密度增至5Ag^-1,其放电容量还能保持在71mAhg^-1,。

水系锂离子电池正极材料的制备及电性能

采用化学共沉淀法和高温固相反应法制备了锂离子电池梯度正极材料LiNi1癬2x CoxMnxO2。通过X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTA)、充放电测试对材料的微观结构及在水系电解液中的电化学性能进行了研究。结果表明:在pH值为11±0.05,NH3/M为2.25,反应温度为50℃,反应时间为12h的工艺条件下共沉淀合成的正极材料具有良好的α-NaFeO2层状结构。以Zn片为负极,800℃煅烧15h制备的正极材料为正极,pH值为9的LiNO3溶液为电解液组合成水系锂离子电池模拟体系,电流密度为5C时的循环性能相对较好。其首次充电比容量为288.9 mAh/g,放电效率为76.7%,20次循环后的充电比容量为26.3mAh/g,放电效率为97.3%,其容量保持率为9%。

多节锂离子可充电电池的充／放电管理

根据市场调研公司的报告，锂离子可充电电池的全球供货量持续增加，2007年全年锂离子可充电电池的全球供货量比2006年增加了17％，由于锂离子电池在能量密度方面的优势，采用锂离子电池可以降低系统的复杂度和系统的综合成本。

“两高”水性可充电电池问世 比锂离子电池更安全、更便宜

锂离子电池以其高能量密度、高效率和低自放电率在便携式电子产品和电动汽车中占据主导地位,然而使用易燃的有机电解液所引起的严重安全问题阻碍了它的广泛应用。水性可充电电池由于使用了不可燃且价格低廉的水溶液(即用水作溶剂的溶液)作为电解液,不仅比锂离子电池更安全、成本更低,也更容易制备。但由于受到水分解电压的限制,目前水性可充电电池的能量密度远低于锂离子电池。

全球首款荣获环保产品认证的可充电锂离子电池

便携式电源方案供应商Boston—Power宣布其环保型Sonata笔记本电脑电池荣获“北欧白天鹅环保图标”（Nordic Ecolabel）认证，是全球同类产品中获得这项认证的第一款产品。Sonata锂离子电池能为用户提供强大的电源而无需担心电地“衰减”或浪费宝贵时间来等待电池充电。Sonata电池为笔记本电脑用户提供了业内最快的充电速度——30分钟内即可充满达80％的容量，较其它笔记本电脑所用电池快约50％到200％。继笔记本电脑后，Sonata在未来将广泛应用于各种消费电子产品中。

《电源技术》“锂金属电池”专刊征稿通知

专题简介锂金属电池是直接利用金属锂作为负极,可与其相搭配的正极材料可以是氧气、单质硫、金属氧化物、嵌锂化物等,金属锂被认为是“圣杯”负极。锂金属二次电池(LMBs)具有极高的能量密度,有望在诸多领域取代当前锂离子二次电池,是最有前途的下一代可充电电池,能够满足新兴行业的严格要求。

《电源技术》“锂金属电池”专刊征稿通知

专题简介锂金属电池是直接利用金属锂作为负极,可与其相搭配的正极材料可以是氧气、单质硫、金属氧化物、嵌锂化物等,金属锂被认为是“圣杯”负极。锂金属二次电池(LMBs)具有极高的能量密度,有望在诸多领域取代当前锂离子二次电池,是最有前途的下一代可充电电池,能够满足新兴行业的严格要求。鉴于此,《电源技术》杂志定于2024年8月20日出版“锂金属电池”专刊,专刊特邀执行主编为广东工业大学刘全兵教授、中国电子科技集团公司第十八研究所王九洲教授,特向从事相关领域研究的杰出科学家、学者征稿,综述或研究论文均可。