50Ah LiFePO_4聚合物锂离子单体电池的制备

以LiFePO4、中间相碳微球(MCMB)为正、负极活性物质,制作了50 Ah LiFePO4聚合物锂离子单体电池。过充、针刺的结果表明,单体电池的安全性能较高。不同倍率放电、1.00C循环及不同温度下的放电等结果表明,单体电池的电性能和循环性能较好,能量密度和比能量分别为236.2 Wh/L和134 Wh/kg。

凝胶聚合物电解质用于锂离子电池的研究进展

电解质在电化学储能中起着至关重要的作用。在锂离子电池(LIB)中,液体电解质(LE)在几十年的发展中表现出了优异的性能,如高的离子电导率(10-3 S/cm)和与电极良好的接触。然而,LE中的安全问题以及由枝晶生长引起的性能退化严重阻碍了LIB的实际应用。因此,聚合物电解质(PE)有望取代LE。固体聚合物电解质(SPE)虽然有很好的安全性和机械性能,但其受温度限制,离子电导率较低,且与电极接触较差,电池循环性较差。凝胶聚合物电解质(GPE)结合两者的优点,被认为是现有有机液体电解质的有效替代品,它可以用来制造更安全的锂电池。对现有聚合物基体的交联、共聚和混合改性——能够提高电解质的电化学性能的方法进行了综述。同时也对GPE在LIB中的最新研究进展进行了综述,并介绍了新型生物基凝胶电解质基体。最后,展望了制造性能优异的基于GPEs的LIB电池面临的挑战和发展方向。

构建一维铜基配位聚合物作为锂离子电池正极材料

合成了一种新型的一维(1D)羰基配位聚合物[Cu(BGPD)(DMA)(H2O)]·DMA(记为Cu-BD,H2BGPD=N,N’-双(甘氨酰)均苯四甲酸二酰亚胺,DMA=二甲基乙酰胺),并考察了其用作锂离子电池正极材料的电化学性能。电化学测试结果表明,Cu-BD正极在50 mA·g^(-1)的电流密度下循环100圈后仍然保留50 mAh·g^(-1)的比容量,具有较好的循环稳定性。Cu-BD电极反应机理研究表明,BGPD2-配体和Cu(Ⅱ)离子在充放电过程中都可能参与了电子转移过程。

二维二氧化硅改性聚环氧乙烷基固态聚合物电解质用于增强锂离子电池性能

通过改性由酸蚀二维蛭石制备的二维二氧化硅,得到带正电荷的二维介孔二氧化硅(PSN+)纳米片,并将PSN+用作聚环氧乙烷(PEO)基固体聚合物电解质(SPEs)的填料。由于PSN+具有丰富的正电荷,PSN^(+)与锂盐解离的阴离子能够有效结合,从而促进锂离子的运输,获得较好的锂离子转移数。在50℃时,基于PSN^(+)的SPEs表现出较高的离子电导率(7.5×10^(-5)S·cm^(-1)),锂离子迁移数为0.30,稳定电压窗为4.41 V。因此,组装后的LiFePO_(4)锂电池在50℃、0.2C下具有优异的初始放电比容量(155.7 m Ah·g^(-1)),在循环100次后容量保持率为97.1%。

聚合物隔膜在锂离子电池中的研究进展

聚合物隔膜种类繁多,不同的隔膜具有不同的物理及化学性能。从聚烯烃隔膜、聚酰亚胺隔膜、聚醚醚酮隔膜和其他聚合物隔膜四个方向出发,探讨了聚合物隔膜的研究进展,并对聚合物隔膜的未来发展进行了展望。

生物基聚合物材料在锂离子电池隔膜中的可行性探讨

随着锂离子电池的广泛应用,对高性能隔膜材料的需求也越来越迫切。传统隔膜材料如聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)存在成本高、性能有限、环境污染等问题。生物基聚合物材料具有可再生、可降解、环境友好等优点,为锂离子电池隔膜材料的开发提供了新解决思路。本文从生物基聚合物材料的种类、制备方法、性能、应用等方面入手,先对生物基聚合物材料在锂离子电池隔膜中的应用进行研究,并展望了生物基聚合物材料隔膜的未来发展趋势。

锂单离子导电聚合物电解质的制备及界面稳定性

以苯乙烯磺酰(三氟甲基磺酰)亚胺锂(Li STFSI)、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGM)和2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯(TFMA)[或甲基丙烯酸八氟戊酯(OFMA)、甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)]为单体,合成了3种锂单离子导电聚合物电解质,并将其制成了隔膜,组装了CR 2025扣式电池。采用FTIR、SEM、EIS和线性扫描伏安法对隔膜进行了表征,对CR 2025扣式电池进行恒电位间歇滴定法测试。结果表明,合成的电解质膜具有较高的离子电导率(90℃,2.0×10^(-5)S/cm)、较宽的电化学稳定窗口(4.5 V)和高的锂离子迁移数(≈1)。电解质膜拥有较高的锂离子扩散系数(60℃,≥3.7×10^(-9)cm^(2)/s)。经热处理后,电解质膜与锂金属的界面稳定性得到明显提升,这归因于含氟侧链基团在聚合物电解质表面的富集。

聚合物基电解质在低温固态锂电池中的应用与挑战

由于其良好的柔韧性、与电极兼容性好、易加工等特点,聚合物基电解质在固态锂电池中极具应用前景。聚合物基固态电池可在室温下稳定工作,在低温下(≤0℃),聚合物电解质离子电导率的降低和缓慢的锂离子传输动力学导致电池极化增大,放电容量急剧衰减,且低温下枝晶生长更加严重,极大限制了固态电池在低温环境中的应用。本文通过对近期相关文献进行探讨,首先介绍了聚合物基电解质在低温下应用面临的挑战和局限,接着阐述了聚合物基电解质的离子传导机制,通过实例重点阐述了低温聚合物基电解质的设计策略及应用,包括添加无机/有机填料、引入液体塑化剂、分子结构工程等优化聚合物基电解质体相离子传导的方法,以及原位聚合和构建良好的固体电解质界面/正极电解质界面等优化聚合物基电解质和电极间界面离子传输的方法。最后,评估并展望了低温聚合物基电解质的传输机制、设计原则、制备方法的不足及创新。本文有望促进聚合物基电解质及其固态锂电池在低温下的应用。

用于锂离子电池的四嗪环连接的共轭微孔聚合物电极性能研究

共轭微孔聚合物因其交联多孔的骨架及高度共轭的结构,在锂离子电池电极材料领域具有巨大的应用前景。以四嗪作为连接单元,构筑了具有氧化还原活性的共轭微孔聚合物TZF和TBFZ,并对该共轭微孔聚合物作为锂离子电池负极材料的性能进行了测试。结果表明,由于具有更丰富的活性单元四嗪环以及更低的最低未占分子轨道能级,TZF展现出比TBFZ更好的电化学性能。此外,在不同的电流密度下循环后,TZF比容量均有不同程度的提高。当电流密度为0.1C时,循环250次后比充电容量从62增加到108.6 mAh·g^(-1);电流密度为1.0C时,循环1000次后比充电容量从40提高到139 mAh·g^(-1),并且库伦效率始终接近100%,表明TZF作为锂离子电池负极材料具有良好的氧化还原活性及循环稳定性。

锂电池聚合物基固态电解质的研究现状与进展

本文介绍了目前锂离子电池在电解质方面的发展现状与面临的挑战,指出固态电解质成为提高锂电池安全性与能量密度的研究关键。本文对各类聚合物电解质进行了分析,对可行的改进策略进行了讨论,分析表明聚合物基固态电解质与电极界面接触良好、易于加工,在实现高比能固态锂电池的发展上具有明显优势,有望大规模产业化应用。本文最后对未来聚合物基固态电解质的研究方向和前景进行了展望,采用交联、共聚、接枝、添加塑化剂等改性途径,以及有机与无机复合制备固态电解质的方法,是发展聚合物基固态电解质的关键策略。

阻燃凝胶聚合物电解质的制备及其在高安全锂离子电池中的应用

随着锂离子电池能量密度的不断提高,火灾事故愈发频繁,提高锂离子电池安全性能越来越受到重视。基于乙烯基膦酸二乙酯、季戊四醇四丙烯酸酯和商业电解液合成了阻燃凝胶聚合物电解质(DEVP-GPE),并对其组装的锂离子电池开展了电化学性能和火安全性能的研究。循环测试表明,石墨//DEVP-GPE//Li半电池在第1000圈时的容量维持率高达88.7%,明显高于商业电解液(25.8%),磷酸铁锂//DEVP-GPE//石墨全电池在0.5 C倍率下循环100次的容量维持率高达80.2%,平均库仑效率为99.73%,具有良好的循环稳定性。火焰燃烧测试结果表明,含磷DEVP-GPE的自熄时间仅为1.5 s。1 Ah容量级别袋式全电池的过热测试结果表明,阻燃型DEVP-GPE不起火只冒烟,而且不漏液。以上结果均证明制备的DEVP-GPE具有良好的火安全性能。通过对电解质热解过程的分析,含磷DEVP-GPE能够很好地限制内部电解液的挥发和热解,并且在燃烧时释放出磷自由基以中断燃烧链式反应。

含有机硼的锂离子电池聚合物电解质的研究进展

由于固态聚合物电解质具有较高的安全性、柔性、与电极的界面兼容性,易加工,锂聚合物固态电池成为一种有前景的、能满足高能量密度和高安全性要求的储能设备。有机硼化合物具有设计多样性、热稳定性好、能提高电解质锂离子迁移数等特点,在锂离子电池聚合物电解质中被广泛研究。本文通过对近年来相关文献的调研,综述了含有机硼的锂离子电池聚合物电解质的最新进展,介绍了锂离子电池聚合物电解质的优势、组成和分类,详细阐述了硼酸阴离子型单离子聚合物电解质、硼酸酯型聚合物电解质以及硼酸锂盐、硼酸酯、硼烷电解质添加剂在聚合物锂离子电池中的应用。综合分析表明,在聚合物电解质中引入含硼基团能提升电解质的锂离子迁移数、抑制锂枝晶的生长,使用有机硼电解质添加剂能改善界面接触、在电极和电解质间构建稳定的SEI膜。最后指出含有机硼的聚合物电解质实际应用面临的挑战,并对未来可能进行的研究方向进行了展望。本文旨在突出硼元素在聚合物电解质中的应用潜力,为锂聚合物固态电池的研究发展提供新的思路。

全固态锂离子电池用聚合物电解质及其改性研究进展

全固态锂离子电池的核心技术是固态电解质,它决定着电池的各种性能。在所有已开发的固态电解质中,聚合物固态电解质及其改性得到的复合固态电解质,被认为是最可行的电解质之一。在聚合物固态电解质中,锂离子的传导是通过聚合物分子链链段的运动来实现的,因此聚合物基体的选择对聚合物固态电解质开发十分重要。但是单一组分聚合物的电导率和机械性能都不太理想,限制了其应用。目前常用的聚合物固态电解质基体改性方法有共聚、交联、共混和无机填充等。共聚改性中,嵌段共聚和接枝共聚可以同时保证良好的电导率和机械性能,因此应用最广泛。交联改性可根据聚合物基体特点,引入目标聚合物与其交联,平衡机械性能和电导率,而且交联的聚合物网状结构还可以提高电解质的耐热稳定性。共混改性和填充改性工艺简单,通过降低聚合物基体的结晶度,增强聚合物分子链的链段运动,进而增强电解质的电导率,而且还能提高其机械性能。面对锂离子电池产业的快速发展,需要多种改性方式结合,并进一步明确聚合物固态电解质的改性增强机理,同时可利用计算技术来优化改性方案。

凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的应用研究

从聚合物基体材料的特点及改性方式出发,介绍了近年来凝胶聚合物电解质(GPEs)的研究成果,并主要从聚合物基体改性和无机粒子掺杂改性两个方面,介绍了成功开发GPEs的实例。

锂离子电池硅基负极用功能粘结剂的研究进展

硅(Si)具有超高的理论比容量、较低的嵌锂电位及丰富的储量等优势,是发展高比能锂离子电池的关键负极材料。同纳米Si相比,低成本、高振实密度和低界面反应的微米Si应用于高体积能量密度器件独具优势。然而其300%体积形变产生的巨大应力,使得颗粒破碎粉化、电极结构退化以及导电网络失效等问题更为严峻,极大制约了其商业化进程。粘结剂是适应Si体积变化,提供稳定导电网络的重要手段。开发高容量、高稳定微米Si基负极对粘结体系设计提出了更大的挑战。本文首先阐明了粘结剂的基础功能与粘结机制,然后从自愈合、电子导电、离子导电以及参与固态电解质层构建四个方面,总结了Si基负极用功能粘结剂的设计策略和作用原理,最后展望了面向实用化的Si基负极功能粘结剂面临的挑战和未来发展方向。

导离子型聚酰亚胺黏结剂的制备及其在锂离子电池正极中的应用研究

锂离子电池(LIBs)因其能量密度和输出功率高以及使用寿命长等优势,被广泛应用于新能源领域.正极用聚合物黏结剂作为LIBs的重要组成部分,在活性材料颗粒与电极集流体之间提供结合力,进而促进Li^(+)的扩散,对提高电池循环性能起着重要的作用.商用聚偏氟乙烯(PVDF)是目前正极材料中用到的主要黏结剂,但仍旧存在黏结性能低和导离子性较差的问题.聚酰亚胺(PI)具有优异的力学性能、黏附强度和良好的结构可设计性等优势.因此,设计并制备了一种具有磺酰亚胺锂结构的二胺单体(BAPSI-Li),将其与联苯四甲酸二酐(s-BPDA)和4,4'-二氨基二苯醚(ODA)共聚合成了一种导离子型PI黏结剂.研究表明,PI黏结剂黏结性能相比于PVDF有所提升.由导离子型PI黏结剂制备的LiFePO_(4)(LFP)电极具有优异的电化学性能,在0.2 C的电流密度下经250次循环后,放电比容量高达158.19 mA·h·g^(-1).导离子型PI黏结剂与商用PVDF黏结剂相比展现了更优异的循环稳定性.这得益于PI具有良好的黏结性能,电极能够在长循环过程中保持结构完整.同时,导离子二胺单体的引入有利于促进电极内部锂离子的传输.

基于云平台监控数据的锂离子电池一致性评估

基于电化学储能监测平台的实时监测数据,针对储能电站的电池组一致性进行深入分析。首先,通过电化学储能监测平台对电池的运行数据进行收集和整理,明确锂离子电池电压、温度和SOC等关键参量,形成一致性关键参量的表征。其次,提炼反映电池组一致性的评估特征数据。最后,研究运用基于DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)聚类算法对异常单体电池进行筛选。实验证明,该算法能高效获取储能电站运行数据中的关键电气特征量,准确评估电池组一致性状况,同时能够迅速定位潜在故障的单体电池。此研究对于提升储能电站运行的稳定性,实现电池一致性的及时判断和异常单体电池的精准筛选具有显著的实际意义。

聚离子液体复合PEO制备高性能全固态聚合物电解质

用化学共沉淀法固态聚合物电解质(SPE)因其独特的安全性能受到越来越多的关注。以聚环氧乙烷(PEO)为基体,通过引入聚离子液体(PIL),制备了一种新型SPE(PIL@PEO SPE)。通过将PIL穿插于PEO链段中,有效降低了PEO的结晶度,提高了SPE的离子电导率(6.63×10^(-4)S/cm)。由其制备的固态电池在0.5C,60℃时,Li/LiFePO4电池首次放电容量高达147.6 mAh/g,经过长达300圈充放电循环,容量保留率仍然在90%以上。

基于区域直线距离的锂离子电池健康状态评估

在原始充电曲线中引入区域电压和区域直线距离的概念,并提出基于区域直线距离的电池S_(OH)(健康状态)评估方法,采用实验室条件下NCA(镍钴铝)电池单体和LFP(磷酸铁锂)电池模组在1/2C倍率下的充电电压数据以及一座20 kW/100 kW·h储能电站的电池运行数据,来建立基于区域直线距离的电池S_(OH)评估模型,对比了基于区域直线距离L_(AB)的方法和IC(增量容量)峰高法,并考察了不同采样频率和区域电压下L_(AB)-S_(OH)模型的效果。结果表明:S_(OH)与L_(AB)呈线性正相关,线性拟合优度可达到0.96以上,L_(AB)-S_(OH)模型的S_(OH)评估准确性均优于IC峰高法。区域直线距离作为健康因子提高了低采样频率下电池S_(OH)评估的准确性,这为工程上储能电池的S_(OH)在线评估提供了可能性。

杨梅状碳包覆四氧化三铁复合材料的制备及锂离子电池负极性能

Fe_(3)O_(4)被认为是一种储锂性能优异的锂离子电池负极材料,但目前仍存在导电性差和充放电过程体积膨胀问题。文中以L-精氨酸、对苯二甲醛和九水硝酸铁为原料,通过溶剂热反应得到铁离子掺杂L-精氨酸聚合物(W-Fe_(3)O_(4)@NC precursors),随后高温热解制备了杨梅状碳包覆四氧化三铁(W-Fe_(3)O_(4)@NC)复合负极材料。对W-Fe_(3)O_(4)@NC的形貌、表面化学结构、孔隙率和在锂离子电池负极中的电化学性能进行了表征。结果表明,得益于独特的杨梅状形貌、有益的氮掺杂、高度分散的Fe_(3)O_(4)纳米微粒和均匀的碳包覆,W-Fe_(3)O_(4)@NC在1 A/g电流密度下循环800圈后比容量高达815.1 mAh/g,在5 A/g的大电流密度下,比容量仍保持在232 mAh/g,循环稳定性和倍率性能显著优于纯碳材料(NC)和市售Fe_(3)O_(4)纳米粒子。