基于神经网络对锂电解槽原料添加量的控制

为保证锂电解槽内物料平衡和槽内温度稳定,使电解槽能够正常而高效率地运行,需定时向槽内添加原料LiCl。由于不同工作人员在不同工时和工况下添加LiCl的量不同,通过BP神经网络对1kA锂电解槽实际生产中的数据进行训练,得到电解槽内温度物料添加量间的非线性关系,预测运行期间每个工时向槽内添加LiCl的量。结果表明:当电流为811 A、电压为5.7 V、熔盐温度为300℃,前一工时电流为814A,出锂量100 g,前一工时电压5.5 V,前一工时电解质温度320℃,前一工时LiCl添加量为700 g时,利用BP神经网络,预测下一工时LiCl添加量参考值为953 g。

基于电热场平衡锂电解强化研究

利用有限元法建立了三维锂电解槽电热场仿真模型,考察了电解槽结构参数对电热场的影响。结果表明,缩短阴阳极间距(ACD),增加阳极半径(Ar)、阴极厚度(Ct)及阴极高度(Ch)均可以在保持能量平衡的前提下提高电解槽的电流强度。对上述参数进行无量纲化研究,得到了方程:CI=30000×(ACD/40)^(^(-0.24519))×(Ar/150)^(0.79291)×(Ct/225)^(0.09835)×(Ch/700)^(0.37953),对于电解槽的放大设计,可以根据上述方程,不对电解槽进行复杂的建模计算,进而节省资源,提高效率。

锂电解槽多物理场耦合模拟

基于对30kA电解槽流场、电磁场、电热场的研究,利用得到的电流强度与结构参数的关系,对40kA电解槽进行结构参数优化,得到最优40kA电解槽槽型。经电—热—磁—流场耦合研究,对比30kA电解槽流场、电磁场、电热场分布。结果表明,优化后的40kA电解槽电阻电压降低了0.33V,电解槽中电解液温度分布变化并不明显,磁场强度的增幅均在10%以内,流场分布中涡流范围有所减少。在能量平衡条件下,40kA电解槽磁流场分布相对30kA电解槽更加稳定。

锂电解槽极间通道内两相流场数值模拟

通过建立锂电解槽电解质-氯气气液两相流二维模型,使用标准k-ε两方程模型耦合欧拉-欧拉模型求解不同极间通道内电解质速度与体积分数分布,研究电流密度均匀和不均匀分布对气体分率与液相速度的影响。结果表明:均匀模型的体积分数和液相速度均大于非均匀模型;对不同结构和操作参数的分析发现,缩短极距能够降低体积分数,使侧面极间通道内电解质速度增加,中间极间通道内速度下降;增大阳极半径,体积分数与液相速度均下降;增加电解质液面高度对两者的影响不大,增大电流则会使两者增加。

基于VOF模型的锂电解槽流场行为研究及结构优化

工业锂电解槽是大规模生产金属锂的主体设备。针对锂电解槽内的电解质-氯气-锂液三相流体进行数值模拟建模,研究发现电解质在气泡的带动下形成全槽流动大循环,根据流速分布和流动模式可将氯化锂的加料口设置在相对于出锂口的另一侧。虽然阴阳极间的多孔隔板和集锂罩可有效收集电解产生的金属锂,但金属锂液滴分布发现仍有部分锂液滴存在于集锂罩外,这部分液滴在槽内氯气气氛下发送二次反应从而降低效率。如果将隔板上开孔区域设置于阴阳极投影区域上沿向下20~40 mm处,则可有效减少金属锂液穿过隔板的概率,提高电流效率。

大型锂电解槽流场分析

锂电解槽相比于镁、铝电解槽电流小,产量低,随着市场对金属锂的需求逐年上升,开发设计大电流锂电解槽可以为工业实际运用提供参考。以大电流锂电解槽为研究对象,运用有限元软件COMSOL建立锂电解槽电解质-氯气气液两相流模型,采用Euler-Euler两相流模型并耦合k-ε模型用于求解电解液速度,分析了槽内电势、电流密度及流场分布规律。结果表明,电解槽内的极间空间顶部皆存回流情况,越靠近电解槽内部,回流现象越明显;电解槽内壁处湍流黏度较高,涡流强度大;每对电极对应的电解质循环具有明显的界限,随着阴阳极对靠近电解槽内壁面数增加,电解液循环效果越好。

电解铝副产含锂电解质综合回收工艺研究

重点分析了副产含锂电解质的结构及理化性能,深入研究各参数指标,开辟了新的综合回收工艺路线,制备得到的高纯碳酸锂和冰晶石产品性能优异,均可满足新能源行业和电解铝行业市场需求,实现了低品位氟、锂资源的高效分离和循环利用,解决了制约电解铝行业发展的问题,其经济、环保和社会效益显著。

锂电解理论分解电压计算点滴

本文概述了应用自由能函数法计算锂电解理论分解电压的方法,并给出了计算的数学表达式。

富锂电解质铝电解槽低电压生产的研究

河南地区铝土矿含锂丰富,用此矿石生产的氧化铝富含锂。通过分析富锂氧化铝在电解槽使用后的电解质特点,提出发挥富锂电解质生产的优点、规避其缺点的低电压生产观点,通过在200KA电解槽上6年多的应用,证明了富锂电解质低电压技术运行可靠,可明显降低电力和氟盐消耗,能产生良好的经济效益与社会效益。

电解铝过程中废弃含锂电解质的回收技术研究进展

目前我国工业炼铝主要采用的方法为霍尔—埃鲁炼铝法,其技术原理为以冰晶石Na3AlF6为溶剂、氧化铝为溶质而组成的冰晶石—氧化铝熔盐电解法。在铝电解槽中,固体氧化铝溶解在熔融态的冰晶石溶剂中,形成对应的电解质体系,并在直流电的作用下,将电解质中的氧化铝分解还原得到金属铝。同时随着电解过程的进行,铝土矿中伴生资源锂也以氟化锂的形态被逐渐富集于电解质中。由于缺乏锂的析出手段,氟化锂在电解质中处于持续富集的状态。根据行业相关研究显示,电解质中存在的氟化锂可起到降低初晶温度、降低电解质密度、可提高电导率等正面的影响,在冶炼过程一定浓度的锂对冶炼有着助推作用,因此,在一定浓度范围时工厂并未对其采取剥离处理,部分企业甚至在初期会补加锂盐做助溶剂,以改善电解质性质,降低能耗提高电解效率。根据相关统计,每年堆存的废弃含锂电解质约有40万吨~50万吨,其中夹带的氟化锂资源含量可达到5%~7%,折合锂1.3%~1.8%。具有极高的潜在回收价值。本文通过对现有含锂铝电解质相关研究的资源收集,进行了归纳整理,并结合实际的开发技术经验,提出后续技术开发思路。

基于V2C催化剂的混合电解质锂空气电池催化机理研究

氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化活性的提高可以显著提高混合电解质锂空气电池的性能。二维材料V2C(MXenes)具有丰富的组成、高比表面积和强稳定性等特点,受到广泛关注。本工作基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,研究了V2C的电子性质、碱性条件下氧气在V2C表面的最佳吸附位点和氧气在V2C表面的氧化还原过程,计算了V2C的自由能和过电势,最后将其与混合电解质锂空气电池常用的MnO2催化剂进行了比较。结果表明,V2C作为混合电解质锂空气电池催化剂时,比常用的MnO2催化剂的过电势更小,说明该催化剂可以提高电极的催化性能,是一种前景良好的ORR和OER双功能催化剂。

含磷阻燃型锂离子电池电解质研究进展

2023年中国国内新能源汽车保有量达到2041万辆,其中纯电动汽车占比76.04%,目前新能源汽车储电设备主要以锂离子电池为主。当锂离子电池遭受外部撞击或使用温度过高等诱因下,可能会导致电池燃烧或者爆炸,严重威胁人们的身体健康和财产安全。目前大量研究结果表明锂离子电解质是电池中最不稳定的部分,提高电解质阻燃性对提高电池安全性也起着重要作用,主要方法有使用更稳定的锂盐、添加电解质阻燃剂和过充剂、合成聚合物电解质等,最好的解决方案是在提高安全性的同时保证电池电化学性能,由于磷元素具有良好阻燃性,有机磷阻燃剂具有种类多、毒性低、物理特性适宜、成本低、阻燃性好等特点,产品应用于各种领域,因此向锂离子电解质中添加磷元素也是一种良好的解决方案,如早期研究的添加到液体电解质中的小分子烷基膦酸酯类阻燃剂,到含有氮、磷、氟三种元素的磷腈类阻燃剂,再到制备含磷元素的聚合物电解质,逐渐在改善电解质阻燃性的同时提高电池性能。

退役锂离子电池电解液资源化回收技术进展与展望

锂离子电池因其出色的性能成为目前应用最多和最广的电池产品,2022年中国锂电池出货量高达750 GW·h且保持继续增长趋势。锂离子电池使用量的爆发式增长引起了人们对于退役锂离子电池对环境影响和资源化利用的高度关注。锂离子电池电解液是锂离子电池的关键组分,主要由高价值的锂盐电解质和有机溶剂组成,而退役锂离子电池电解液回收技术依然处于开发阶段,尚无工业化应用。为了应对锂离子电池的退役潮,研究绿色高效的回收技术以安全环保的方式实现对电解液的资源化回收具有重要的现实意义。全面总结了目前锂离子电池电解液回收的各类技术,从原理、环境影响、效率、工业化前景角度对各类技术进行了剖析,基于回收原理将目前的技术分为直接回收法和转化回收法。此外,提出了未来的研究方向和发展挑战。

锂电池电解液添加剂的最新研究进展

针对全球变暖、水平线上升等环境问题,为推进我国“碳达峰,碳中和”战略决策的部署,开发高容量、低成本、低污染的绿色可再生能源储能器件已成为迫在眉睫的任务,锂电池作为一种新型清洁能源存储转化装置具有高理论比容量、环境友好等优点,是现如今社会广泛使用的能源储备和转换器件,同时也是储能领域中的重点研究对象,其性能和可靠性至关重要。电解液添加剂在充放电过程中肩负着离子转移和电子传递的作用,对电池的电化学性能、安全性能和成本等方面具有重要影响。目前电解液添加剂在全部电解液中的质量占比约为5%,具有用量小、改良效果显著的特点。电解液添加剂的配比研究以及新型添加剂的研发与应用已经成为决定添加剂生产企业市场竞争力的核心技术之一。本文综述了锂电池电解液添加剂的研究进展,主要从添加剂的作用、分类和最新研究进展等方面进行阐述,并指出了未来研究的发展趋势和挑战。

锂电池电解液技术现状及发展趋势

本文首先阐述了锂电池电解液的工作原理,然后分析了当前电解液在安全性、稳定性、寿命等方面的现状,存在易燃易爆、镉离子污染、液泄漏等问题。接着,本文从研发无镉无极耳电解液、开发固态电解质、构建计算电化学模型、建立快速评价体系、推动产学研协同创新等角度提出了电解液技术的发展思路,以期提供理论依据为锂电池电解液技术的进一步优化升级。

高镍/硅碳锂离子电池电解液配方设计研究

为解决新能源汽车“里程焦虑”和“充电焦虑”问题,能量密度和快充时间成为衡量锂离子电池性能的重要指标,相对应的化学体系也在不断迭代升级。比如正极考虑使用8系或者9系镍钴锰三元正极,提供更高的容量,负极使用掺硅负极,利于极片减薄,提升快充性能。通过化学体系选择在满足高比能和超快充的同时,也带来高温和循环衰减问题,主要是由于高镍正极带来的电解液氧化和材料结构变化,以及含硅负极的膨胀特性。本研究通过电解液配方设计,明显改善高镍/硅碳体系锂离子电池的高温和循环性能。其中本研究所输出电解液配方常温循环1 C/1 C 1000T@80%,60℃高温存储30 d容量保持率94%,容量恢复率95%,相比于基准组性能明显提升,为下一代高镍/硅碳体系锂离子电池的应用提供了开发思路。

高镍快充锂电池电解液开发与优化

高镍三元(NCM)正极材料作为市场两大主流正极材料之一,因其较高的能量密度受到长续航高端电动汽车的青睐。随着高镍材料体系的成熟,新能源汽车的里程压力受到缓解,为补足新能源汽车的短板,充放电效率的提升成为市场期待。如今电极材料通过离子掺杂和表面包覆等改性手段为推进新一代电动汽车问世做出努力,锂离子电池“三巨头”之一的电解液充斥着电池内部却受到其传统溶剂体系中EC与功能添加剂的困扰,EC因为较大的黏度与介电常数无法满足锂离子的高速传导,而传统功能性添加剂在构建电极/电解液兼容界面时也显得乏力。本文将通过溶剂与添加剂的优化,调控电解液的溶剂化结构并且在正负极构建更具锂离子传输动力学的界面膜,为商业化高镍快充电解液提供开发思路。

锂离子电池新型电解质锂盐的研究进展

重点介绍了锂离子电池电解液中有机锂盐电化学性质及研究现状。所述新型电解质锂盐主要包括:含硼类锂盐、亚胺类锂盐及其他新盐。最后对新型电解质锂盐未来发展的趋势进行论述。

锂离子电池电解质锂盐研究进展

介绍了锂离子电池电解质锂盐的化学和电化学。综述了近年来在新型电解质锂盐研究与探索方面的成果。新型电解质锂盐主要包括三类化合物 :(1 ) Li TFSI及其类似物 ;(2 )络合硼酸锂 ;(3 )络合磷酸锂。

PC作电解质组分的锂离子蓄电池高低温性能

研究比较了含和不含碳酸丙稀酯(PC)两种电解液的063048型锂离子蓄电池的循环性能、高温和低温放电性能。结果表明,室温下两种电解液的电池初始容量和循环稳定性相似,两种电解液的电池都表现出良好的循环性能,循环50次后电池容量都保持在95%以上。电池的高低温性能测试结果表明,含PC比不含PC组分电解液的电池在70℃的高温下和-10℃的低温下放电容量高得多。70℃和-10℃下,不含PC电解液的电池容量分别只有室温时的46%和68%,而含PC电解液的电池容量分别保持在78%和87%。