Unique Double Carbon Protection Structured Co₃O₄Anode for Lithium Ion Battery

In this study, novel Carbon aerogel (CA)/Co3O4/Carbon (C) composites with a double protective structure are synthesized through a solvothermal method and in-situ polymerization. The morphology and structure are characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The loading content of active anode material Co3O4 in the composite is investigated by thermogravimetry, and the electrochemical properties of the composite are characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The SEM results show that the nano-sized spherical Co3O4 particle is adhered to the inner Carbon aerogel (CA). The HRTEM result indicates the thickness of the prepared Carbon (C) up to 40 nm. Nano-sheet is coated on the surface of the Co3O4 particle. Compared with the pure Co3O4 anode materials, the Carbon aerogel (CA)/Co3O4/Carbon (C) composites have better transport kinetics for both electron and lithium-ion in EIS testing results, which may contribute to its higher specific capacity and higher first coulomb efficiency. Due to the unique structure of the composite material with double protection against the volume expansion of Co3O4 when charged, the Carbon aerogel (CA)/Co3O4/Carbon (C) composite material exhibits better cycle stability with a discharge capacity of 1180 mAh/g after 50 cycles. Therefore, the double protection strategy is verified as an effective method to improve the electrochemical performance of transition metal oxide with carbon composite as an anode material in lithium battery.

Gas treatment protection of metallic lithium anode

The effects of different coating layers on lithium metal anode formed by reacting with different controlled atmospheres（argon,CO_2–O_2（2：1）,N_2,and CO_2–O_2–N_2（2：1：3））have been investigated.The obtained XRD,second ion mass spectroscopy（SIMS）,and scanning probe microscope（SPM）results demonstrate the formation of coating layers composed of Li_2CO_3,Li_3N,and the mixture of them on lithium tablets,respectively.The Li/Li symmetrical cell and Li/S cell are assembled to prove the advantages of the protected lithium tablet on electrochemical performance.The comparison of SEM and SIMS characterizations before/after cycles clarifies that an SEI-like composition formed on the lithium tablets could modulate the interfacial stabilization between the lithium foil and the ether electrolyte.

石油焦锂离子电池负极材料电化学性能研究

负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素,人造石墨是重要的锂离子电池负极材料。石油焦的热膨胀系数低,空隙度低,灰分、硫、金属元素含量低,导电率高,易石墨化。此次研究选择3种普通石油焦,并通过石墨化制备人造石墨。对3种石油焦原样和石墨化样品进行分析表征,比较其各种性能,研究石油焦石墨化后的变化,并通过电化学分析验证石油焦石墨化后其性能是否达到商用锂电池负极材料水平。实验结果表明:在2750℃石墨化处理后,相较于原石油焦样品,3种石墨化样品结构重排,拥有更明显的规整层状结构;含碳量提升,其他例如氢、氧等杂元素和金属元素含量下降;均显现出较低的电极电位和稳定的充放电平台,首次库伦效率分别为85.00%、78.20%、82.96%。经过150次循环后,比容量分别保持在273.00、259.00、226.20 mAh/g,库伦效率接近100%,是锂离子电池负极材料的潜在前驱体。

锂离子电池储能电站热失控预警与防护研究进展

锂离子电池储能电站安全问题是制约能源变革与“双碳”长远目标实现的重要因素。一旦储能电站发生安全事故,造成的财产损失和人员伤亡将非常严重。文中分析了锂离子电池储能电站引发安全事故的原因;综述了储能电站发展至今安全前置的各类预警技术,介绍了抑制储能电站热失控扩散的灭火剂种类及优缺点;对近年来工程应用及实验研究安全预警和防护的技术特点进行了总结和讨论;最后,针对各类应用场景的锂离子电池储能电站,从行业健康、有序、长远发展的角度,指出在安全事故预警、防护方面存在的问题,并对未来发展技术趋势进行了展望。

电化学还原技术从废旧锂离子电池中浸出LiCoO_2

基于电化学还原技术,提出在低酸度溶液中电解浸出废旧锂离子电池正极片(LiCoO2)的新方法。线性伏安扫描结果表明:LiCoO2的还原峰电位为0.30 V(vs SCE),验证了此方法的可行性。通过条件实验对影响钴和铝浸出率的各因素进行考察,得到电解浸出的最佳条件:电流密度15.6 mA/cm2、硫酸浓度40 g/L、柠檬酸浓度36 g/L、温度45℃、时间120 min。在此优化条件下,钴和铝的浸出率分别为90.8%和7.9%。电解浸出后,可直接回收铝箔,用扫描电子显微镜(SEM)对铝箔表面进行观察,结果表明:铝箔在浸出过程中的腐蚀深度远小于其表面原有点蚀坑的深度。

储能锂离子电池模组暂态过电压防护设计与电路研发

电力系统中各类暂态过电压引起的高幅值电压波动会影响电化学储能电站在电网中的安全稳定运行,已有电化学储能火灾事故调查报告指出了目前针对储能锂离子电池模组暂态过电压防护能力不足的问题。本工作通过分析浪涌过电压防护器件的性能,提出针对储能锂离子电池模组的暂态过电压防护电路设计,并开展器件选型、配合设计和试验测试,研发出一种具备多级降压-级联稳压自开断功能的电池模组过电压防护电路。结果表明,针对12 V锂离子电池模组,共模和差模输入下峰值为500 V/1 kV/2 kV/4 kV、波形为1.2/50μs的冲击过电压下,所设计防护电路通过逐级限制电压和能量泄放,将输入电池模组的电压幅值抑制在15.2~26.4 V。稳态直流超限电压测试表明,当电压低于26.5 V时,实现模组电压稳压至12 V;超过26.5 V时切出功能动作隔离锂离子电池模组,研究有助于实现锂离子电池模组的暂态过电压抑制和稳态直流超限电压开断及稳压功能。

氮掺杂冰粉基碳包覆Fe_(3)O_(4)及其储锂性能研究

碳包覆策略是能有效解决锂离子电池负极用过渡金属氧化物(TMO)材料在充放电过程中体积膨胀/收缩造成的粉化难题的一种有效途径。采用生物基可食用冰粉作为碳源与草酸高铁铵的水凝胶作为前驱物,经一步高温热解制备氮掺杂的冰粉基碳包覆Fe_(3)O_(4),采用XRD、SEM、TEM、XPS、TGA、拉曼光谱、恒电流充放电测试、循环伏安和电化学阻抗谱等方法对样品的形貌、结构和电化学性能进行研究。结果表明,该方法可快速大量制备氮掺杂碳包覆Fe_(3)O_(4)多孔复合材料(N-C@Fe_(3)O_(4)),通过调整原料配比和热处理条件,获得优异的电化学性能。N-C@Fe_(3)O_(4)-5作为锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性(在0.1 A/g电流密度下循环下80圈保持762.74 mAh/g比容量)和较高的倍率性能。相关机理研究表明N-C@Fe_(3)O_(4)复合材料良好倍率性能主要来源于赝电容容量的贡献。复合材料优异的电化学性能是由于碳包覆能够防止纳米颗粒团聚,提高导电性以及形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜。冰粉基碳包覆TMO是一种改善其电化学储锂性能的有效途径,可推广并改善其他锂离子电池氧化物负极的储锂性能。

基于实体火试验的新能源轿车库防火设计问题探讨

新能源汽车产业发展迅猛,对完善汽车库防火设计提出新需求。对典型的建筑内新能源轿车火灾进行案例剖析,开展首例单库存新能源轿车实体火试验并探讨车库防火设计对策要点。研究结果表明:电池包热失控挥发灰色可燃气体但持续时间不等且库内受限空间易发生爆燃;库内空间壁面热反馈可能加速车体燃烧;试验轿车猛烈燃烧阶段持续时间占总燃烧时间约20%。建议新能源汽车库防火设计注重早期热失控征兆探测和后期燃烧范围控制及被动安全技术措施,库内设置带有拾音功能的摄录装置及耐火极限不低于2.00 h的分隔构件。

基于PIC16F887的锂离子动力电池保护电路设计

为了提高锂离子动力电池的安全性,延长电池的使用寿命,设计了一种基于PIC16F887的锂离子动力电池保护电路,详细介绍了电路的硬件和软件设计,实现了对锂离子动力电池的过充电保护、过放电保护、过流保护、短路保护和均衡充电等功能。

基于新型多相材料的锂离子电池灭火和纸片防火保护试验研究

为解决锂离子电池火灾灭火困难且易复燃等问题,研发制备1种新型多相材料,并将其用于锂离子电池灭火和典型可燃物纸片防火保护试验中,通过研究灭火时间、降温速率、纸片起火时间等参数的变化规律验证该材料的灭火和防火保护性能。研究结果表明:该新型多相材料可迅速扑灭三元锂电池和磷酸铁锂电池因热失控产生的明火并抑制其复燃,并且该材料能防止白卡纸片在受明火作用时发生燃烧,其具有良好的灭火和防火保护性能。研究结果可为锂离子电池初期火灾扑救处置提供1种新的高效灭火药剂参考。

基于KPCA-MTCN的锂离子电池故障诊断方法

为了维护储能系统的安全稳定运行,本文针对锂离子电池故障诊断这一重要问题,提出了一种结合核主成分分析(KPCA)和多尺度时序卷积网络(MTCN)的故障诊断方法.该方法首先归一化故障数据,然后利用KPCA降低数据维度并校验数据的可靠性;其次,根据故障类型对数据进行标注,并按比例划分训练集和测试集;接着在训练阶段使用霜冰算法(RIME)优化MTCN模型的超参数以提高模型的精度;最后基于故障数据验证MTCN的分类精度,并与长短期记忆神经网络(LSTM)、卷积神经网络(CNN)、Xception和ResNet50进行比较.在KPCA验证充电故障和未知故障数据的可靠性后,基于两组数据测试的结果表明,相比于CNN和LSTM,MTCN对于两组故障的分类准确率均为最高,分别达到了99.265%和99.688%,与Xception和ResNet50较为接近.同时针对训练数据量的测试结果表明,在训练数据量较少时MTCN仍能保持较好的诊断效果,说明MTCN的并行结构可以从不同的尺度提取更多的时序信息.

储能锂离子电站安全防护研究进展

现有的商业化锂离子电池采用的是有机电解液,易燃易爆,特别是应用于规模化储能电站时,数万甚至数十万个单体串并联,极易导致连锁反应,引起火灾、爆炸事故。安全性是锂离子电池推广应用的先决条件。目前,国内外学者从锂离子电池材料改性、锂离子电站主动安全防护和被动安全防护三个方面对储能锂离子电站安全防护技术进行了大量研究。本文从引发储能电站安全事故的原因出发,重点介绍了锂离子电池过充添加剂、阴极与阳极材料改性、热失控早期预警技术以及储能电站灭火剂的种类与优缺点,指出了储能锂离子电站安全防护技术的不足及未来的发展方向。

锂离子动力电池用气凝胶隔热材料研究进展

近年来,新能源汽车行业发展迅猛。锂离子电池因其能量密度大、循环寿命长等优势成为应用最广泛的动力电池,但其在极端条件下存在热失控安全问题。气凝胶作为一种新型纳米多孔隔热材料,复合材料耐温可达1000℃以上,其凭借优异的隔热性能及轻质、防火、环保等特性,被逐渐应用于新能源汽车电池电芯隔热防火。本文介绍了锂离子电池热失控现象及热防护措施,常用的气凝胶隔热材料及其应用于锂电池中的性能优势,并与传统动力电池隔热材料进行对比,最后对其应用前景进行展望。

基于容量增量曲线与充电容量差的电池组微短路诊断方法

目前还没有一种有效的手段针对处于前期演化阶段的锂离子电池微短路进行检测,为此本文提出了一种基于电池充电容量增量(IC)曲线和充电容量差(DCC)变化规律的微短路故障诊断方法。首先确立锂电池短路故障与充电容量增量的关系,利用小波变换对IC曲线进行降噪,得出在不同电流倍率和温度下IC曲线最高峰(ICPV)与电池荷电状态(SOC)唯一对应。然后提出利用充电容量差DCC描述存在内短路的故障电池与正常电池的SOC差异,并据此得出锂电池微短路的量化方法。最后通过仿真分析与实验验证表明,在不同工况下循环测试均可获得电池微短路的量化信息,且诊断最大误差均小于8.12%。

锂离子电池在货架仓储中的火灾蔓延规律研究

采用PyroSim火灾仿真软件开展了锂离子电池在货架仓储中的火灾仿真研究,分析了不同起火部位下的火灾蔓延规律,并据此提出了防火策略。首先建立锂离子电池模型并对其进行验证,利用验证后的模型开展不同起火部位下锂电池货架火灾仿真研究,分析其喷淋启动时间、火焰熄灭时间、燃尽锂电池组数量、温度及CO体积分数变化规律。然后基于火灾蔓延规律,设计防火策略,对比了无阻燃隔板、阻燃隔板安装于锂电池组左右两侧、安装于锂电池组四侧的火灾蔓延抑制效果。研究表明:四层锂电池货架中起火部位越低,燃尽锂电池组数量越多,火灾中所释放的CO体积分数越高,持续释放的时间越久,货架底层起火时CO持续释放时间比顶层起火时多出54%;不同防火方式中,安装于锂电池组左右侧的阻燃隔板对于火焰抑制效果最佳。

磷酸铁锂电池外短路损伤特性及熔断防护研究

电池外短路损伤特性研究对于高可靠性熔断防护设计具有重要意义。基于自主开发的最小时间为0.1 ms、最大过流为5000 A的可控外短路测试平台,以磷酸铁锂圆柱型锂离子电池为研究对象,进行了不同电流与时间组合的外短路测试。研究证明磷酸铁锂电池外短路存在破裂泄漏、内部熔断以及累积损伤3种损伤模式。电池外短路安全边界、熔断边界和性能损伤边界均具有反时限特征,且前两个边界在电流有效值30C处存在交点。电流小于交点值容易触及安全边界发生破裂泄漏事故,安全风险增加;电流大于交点值优先触及熔断边界发生熔断保护,防护可靠性提高。对于未发生熔断或破裂的电池,存在多次外短路冲击累积失效的风险。基于研究结论,充分考虑电池外短路损伤特性,能够保证电池系统在发生外短路时不产生过度损伤,提高系统安全性。

用于锂电池测试的环境试验箱技术研究

本文对用于锂离子电池系统测试的环境试验箱进行了技术研究,通过分析锂离子电池系统的热失控原理,提出了用于锂离子电池系统测试的环境试验箱的安全防护和监测结构改进方法,使得环境试验箱在测试锂离子电池系统性能的同时具有良好的安全防护能力,为锂离子电池系统测试设备的研制提供参考。

锂离子动力电池复合底护板球击防护试验研究

以锂离子动力电池为能量载体的新能源汽车迅猛发展,改变着汽车行业格局,影响着人们的生活。然而新能源汽车安全问题问题频发,关系到人民的财产安全,引起广泛关注。锂离子电池包底部撞击是造成电池包发生热失控进而引发新能源汽车起火爆炸的主要原因。为了提高动力电池包底部防护能力,提出将汽车车身和外饰件中常见的蜂窝板复合材料设计成电池包底护板,并创造性地提出将蜂窝板与电池包箱体底部用结构胶粘接呈整体,设计试验方法,搭建球击试验平台,选择两种不同粘接强度结构胶,采用球击实验研究底护板抗撞击能力和不同结构胶粘接强度对底部球击防护的影响。实验发现蜂窝板复合材料具有良好的吸能性和抗撞击能力,对电池包底部有较好的防护。在蜂窝芯尺寸不变的条件下,蜂窝板的球击防护能力随面材层的厚度增加而变强。采用高强度结构胶的复合底护板在120 J球击变形量仅为6 mm。结构胶粘接强度越强,底护板的球击防护能力越好。

锂离子电池储能电站的火灾自动报警

指出储能电站的火灾防控应该遵循以本质安全为主、消防辅助保障为基本原则,并遵循隐患预警为主、灭火救援为辅的火灾防控理念;根据对锂离子电池的试验结果和火灾预警需要,划分锂离子电池热失控的不同阶段,给出在相应阶段对锂离子电池热失控隐患进行探测的建议;提出消防系统对储能电站防护应分为基本防护和安全运行保障防护,论证基本防护和安全运行保障防护的基本含义和设置原则;分析储能电站专用火灾自动报警系统的组成和系统内各组件的使用需求与特征参数要求,阐述系统设置的要求。

电子烟用锂离子电池和电池组通用规范标准解读

为了解决电子烟电池存在的潜在危险,促进电子烟行业持续健康发展,研究制定了电子行业标准SJ/T11796—2022《电子烟用锂离子电池和电池组通用规范》。介绍了该标准制定的背景,详细阐述了该标准中的要点内容,包括适用范围、性能试验、安全试验以及保护电路试验等项目,总结了该标准对电子烟电池行业所起到的规范作用。