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Dendrite-accelerated thermal runaway mechanisms of lithium metal pouch batteries 被引量:14
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作者 Xiang-Qun Xu Xin-Bing Cheng +8 位作者 Feng-Ni Jiang Shi-Jie Yang Dongsheng Ren Peng Shi HungJen Hsu Hong Yuan Jia-Qi Huang Minggao Ouyang Qiang Zhang 《SusMat》 2022年第4期435-444,共10页
High-energy-density lithium metal batteries(LMBs)are widely accepted as promising next-generation energy storage systems.However,the safety features of practical LMBs are rarely explored quantitatively.Herein,the ther... High-energy-density lithium metal batteries(LMBs)are widely accepted as promising next-generation energy storage systems.However,the safety features of practical LMBs are rarely explored quantitatively.Herein,the thermal runaway behaviors of a 3.26 Ah(343 Wh kg^(−1))Li|LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)pouch cell in the whole life cycle are quantitatively investigated by extended volume-accelerating rate calorimetry and differential scanning calorimetry.By thermal failure analyses on pristine cell with fresh Li metal,activated cell with once plated dendrites,and 20-cycled cell with large quantities of dendrites and dead Li,dendrite-accelerated thermal runaway mechanisms including reaction sequence and heat release contribution are reached.Suppressing dendrite growth and reducing the reactivity between Li metal anode and electrolyte at high temperature are effective strategies to enhance the safety performance of LMBs.These findings can largely enhance the understanding on the thermal runaway behaviors of Li metal pouch cells in practical working conditions. 展开更多
关键词 battery safety lithium metal dendrites lithium metal pouch cells solid electrolyte interphase thermal runaway whole life cycle
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聚合物基全固态锂金属软包电池的设计与性能研究
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作者 苏韵 王嫣 +5 位作者 刘艳 朱振威 陈熙邦 邱景义 曹高萍 张浩 《防化研究》 2024年第4期36-44,共9页
全固态锂金属电池因其卓越的能量密度和安全性,有望成为下一代高能高安全电池技术首选。然而,由于技术难度大,全固态锂金属电池技术仍停留在电容量低、正极负载量低的微型扣式电池水平。本研究通过突破高温鞣制全固态聚合物电解质膜技术... 全固态锂金属电池因其卓越的能量密度和安全性,有望成为下一代高能高安全电池技术首选。然而,由于技术难度大,全固态锂金属电池技术仍停留在电容量低、正极负载量低的微型扣式电池水平。本研究通过突破高温鞣制全固态聚合物电解质膜技术,实现了聚合物基全固态锂金属软包电池(700 mAh,3.7 V,三元层状氧化物正极|聚环氧乙烷基全固态聚合物电解质|金属锂负极)自主小批量制备,并对其进行了系统的性能测试和失效分析。利用X射线断层扫描、离子抛光-扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、气相色谱等表征技术,研究了聚合物基全固态锂金属软包电池中的机械-电化学耦合失效机制;利用绝热加速量热仪测试了电池的热失控过程,表明该电池具有显著的热安全优势。基于以上测试分析结果,本文为全固态锂金属电池提出了未来发展建议,为其性能进一步提升和应用提供了参考和指导。 展开更多
关键词 全固态锂金属电池 全固态聚合物电解质 软包电池 安全性
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基于局部高盐界面润湿策略构筑的固态金属锂软包电池 被引量:7
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作者 朱高龙 赵辰孜 +6 位作者 袁洪 南皓雄 赵铂琛 侯立鹏 何传新 刘全兵 黄佳琦 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第2期129-135,共7页
固态金属锂电池因其优异的安全性和高的理论能量密度被认为是最具前景的下一代储能电池体系之一。随着以硫化物为代表的高离子导率电解质被逐渐开发,金属锂与固态电解质界面成为限制固态电池应用的主要瓶颈。金属锂/电解质的固固界面存... 固态金属锂电池因其优异的安全性和高的理论能量密度被认为是最具前景的下一代储能电池体系之一。随着以硫化物为代表的高离子导率电解质被逐渐开发,金属锂与固态电解质界面成为限制固态电池应用的主要瓶颈。金属锂/电解质的固固界面存在着界面接触差、界面电荷传输阻力高等问题。本文以固态金属锂软包电池为研究对象,通过由1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、乙二醇二甲醚与双三氟磺酰亚胺锂组成的局部高盐液态电解液(HFE-DME LiTFSI)对金属锂/固态电解质界面进行润湿,增加金属锂与固态电解质之间的离子接触,降低离子传输阻力,从而提高锂离子在界面的传输能力。在30 mm×30 mm Li|Li4Ti5O12(LTO)固态软包电池中,通过3.0μL·cm^(−2) HFE-DME LiTFSI局部高盐液态电解液润湿金属锂与固态电解质界面,软包电池的界面电阻从4366Ω·cm^(−2)降低到了64Ω·cm^(−2)。在0.1C与0.5C倍率下,LTO的放电比容量分别达到107与96 mAh·g^(−1)。同时,Li-S固态软包电池在0.01C及0.02C下,比容量也达到了1100与932 mAh·g^(−1)。 展开更多
关键词 固态软包电池 金属锂负极 硫化物电解质 界面润湿
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调控LiPF6基电解液溶剂化结构稳定富锂锰基正极界面
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作者 胡川 胡志伟 +3 位作者 李振东 李帅 王豪 王丽平 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1604-1615,共12页
富锂锰基正极材料具有高比容量和低成本的优势,有望成为下一代高能量密度金属锂电池的正极材料。然而在实际应用中,其相对于金属锂高达4.8 V的充电截止电压,会引发电解液氧化分解失效,导致正极与电解液的界面恶化使得电池难以稳定循环... 富锂锰基正极材料具有高比容量和低成本的优势,有望成为下一代高能量密度金属锂电池的正极材料。然而在实际应用中,其相对于金属锂高达4.8 V的充电截止电压,会引发电解液氧化分解失效,导致正极与电解液的界面恶化使得电池难以稳定循环。为此本文开发了以1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE)充当促配位溶剂的六氟磷酸锂(LiPF6)基新型高电压电解液。实验与表征结果说明,适量TTE引入后具有更多锂盐阴离子参与锂离子配位的溶剂化结构的电解液,能够在正极表面形成5 nm厚且富含氟元素的正极电解液中间相(CEI),稳定正极界面并抑制正极层状结构的退化。使用新型电解液的富锂锰基正极对金属锂扣式电池,以99.8%的平均效率循环400次后,仍有83.9%的容量保持率(0.5 C)。组装1.25 Ah的富锂锰基正极对金属锂软包电池,在0.04 C下能够提供370 Wh/kg的质量能量密度,在0.08 C下循环45次后,仍有80%的容量保持率,表现出良好的应用前景。本研究有助于推动富锂锰基正极的应用,为高能量密度金属锂电池的研发提供实验依据。 展开更多
关键词 富锂锰基正极 高电压 电解液 正极-电解液中间相 层状结构 金属锂软包电池
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双功能电解液添加剂对锂离子电池高温高电压性能的影响 被引量:6
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作者 江依义 沈旻 +4 位作者 宋半夏 李南 丁祥欢 郭乐毅 马国强 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期710-716,I0001-I0003,共10页
三元锂离子动力电池的开发和应用受制于高温高电压条件下的容量衰减和电池产气鼓胀等技术难题。解决这些问题一方面要注重电极材料改性和电池设计,另一方面还依赖于电解液的技术进步。本研究报道了四乙烯基硅烷(Tetravinylsilane,TVS)作... 三元锂离子动力电池的开发和应用受制于高温高电压条件下的容量衰减和电池产气鼓胀等技术难题。解决这些问题一方面要注重电极材料改性和电池设计,另一方面还依赖于电解液的技术进步。本研究报道了四乙烯基硅烷(Tetravinylsilane,TVS)作为LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)/石墨软包电池的电解液添加剂,可以显著改善电池的高温(45~60℃)高电压(4.4 V)性能,包括存储和循环性能。结果表明,电解液中含有质量分数0.5%TVS的电池在2.8~4.4 V区间,1C(1C=1.1 Ah)倍率下循环400次后的容量保持率达到92%,而电解液中未添加TVS的软包电池仅为82%。进一步研究表明,一方面TVS高电压下优先被氧化,可以在NCM622颗粒表面形成耐高温的CEI膜,有效抑制NCM622颗粒内部裂纹和过渡金属离子溶出;另一方面,TVS在低电位下还可以优先被还原,在石墨负极表面聚合形成稳定的SEI膜,抑制电解液与负极之间的副反应。 展开更多
关键词 高温 软包锂离子电池 电解液添加剂 循环稳定性 过渡金属离子溶出
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锂金属电池电解液的研究进展 被引量:1
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作者 邱亚明 黄华文 《广东化工》 CAS 2023年第20期41-43,共3页
锂离子电池拥有高能量密度和长循环寿命等众多优点,在可移动电子设备、电动汽车和储能等领域得到越来越广泛的应用。锂金属因其最高的能量密度,被认为是负极的终极目标,因此成为研究的前沿热点。由于锂金属负极反应活性很高,传统电解液... 锂离子电池拥有高能量密度和长循环寿命等众多优点,在可移动电子设备、电动汽车和储能等领域得到越来越广泛的应用。锂金属因其最高的能量密度,被认为是负极的终极目标,因此成为研究的前沿热点。由于锂金属负极反应活性很高,传统电解液碳酸酯和其适配性很差,因此亟待开发锂金属电池电解液。本文主要阐述锂金属电池电解液的研究进展,介绍了锂金属电解液的常用表征方法,包括库伦效率测试,负极界面表征,不同类型电池测试等。并对锂金属电池电解液主要开发方向进行了介绍,包括全氟电解液、双盐电解液、高盐电解液、局域高盐电解液等,分析了其性能优劣。随着研究的成熟,未来的研究将基于更加商业化的体系开发电解液,并多方向融合发展,开发新型有机溶剂等。相信通过持续的深入研究和创新,锂金属电池商业化将成为现实。 展开更多
关键词 锂离子电池 锂金属电池 库伦效率 软包电池 全氟电解液 局域高盐电解液
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通过电解液添加剂构筑富含LiF/Li_(2)CO_(3)异质结构的电极-电解质界面以实现4.5V锂金属电池的稳定循环 被引量:2
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作者 胡欣宏 李永 +3 位作者 刘建东 王中升 白莹 马建民 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期1295-1305,M0004,共12页
高压Li||LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)电池的循环性能取决于电极和电解质之间的界面稳定性.然而,在高电压下实现它们是具有挑战性的本文以五氟苯乙烯(PFBE)为添加剂,通过电解液工程稳定了4.5VLi||NCM811电池.添加剂PFBE有... 高压Li||LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)电池的循环性能取决于电极和电解质之间的界面稳定性.然而,在高电压下实现它们是具有挑战性的本文以五氟苯乙烯(PFBE)为添加剂,通过电解液工程稳定了4.5VLi||NCM811电池.添加剂PFBE有助于在NCM811阴极和锂金属阳极表面形成高导锂和机械坚固的富含无机组分LiF/Li_(2)CO_(3)的异质结构界面.这种电极-电解质界面(EEIs)明显缓解了富镍层状阴极中不可逆相变、应力积累引起的微裂纹和过渡金属溶解.同时,有效地控制了锂金属阳极表面锂枝晶的生长,结果表明,4.5VLi||NCM811电池在0.5C(100mAg)下循环600次后,容量保持率为61.27%.此外,在含有这种电解质添加剂中循环的Li||NCM811软包电池可以实现稳定的、高达~485Whkg^(-1)的能量密度. 展开更多
关键词 电解液添加剂 阳极表面 异质结构 界面稳定性 电解质添加剂 能量密度 无机组分 五氟苯
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