锂离子电池安全检测传感器研究进展

近年来,由于热失控引发的锂离子电池安全事故频繁发生,严重影响了新能源汽车运行安全,作为保障车辆运行安全的有效手段,对电池系统进行安全检测尤为重要。为提高锂离子电池的性能、延长循环寿命,减少热失控安全事故的发生,需要利用传感器技术对电池工作状态进行实时监控和检测。根据电池正常和异常工作状态下各物理量的变化,常用的安全检测信号有应力应变、温度以及特征气体等。目前,用于检测上述信号的安全检测传感器在电池状态检测方面已得到了广泛的应用。然而,传统的传感器存在着体积大、灵敏度低、不耐电解液腐蚀等问题。对新型光纤布拉格光栅传感器、柔性薄膜传感器以及半导体式气体传感器的工作原理进行概述,总结了上述3种传感器在锂离子电池应力应变、温度和气体检测的应用现状,并从稳定性以及灵敏度等角度指出当前研究的不足,如光纤布拉格光栅传感器电池体系适用性差,插入式薄膜传感器影响电池性能,半导体气体传感器精度和寿命低等问题。如何以经济、安全和实用的方式将传感器安装到电芯中,减轻实际应用中传感器对电池循环性能的影响以及提高传感器信号传递的稳定性、精度、灵敏度,是锂离子电池安全传感器开发面临的挑战,仍然需要在传感器、电池设计等方面开展大量实验研究。

高镍三元锂离子电池衰减机制研究展望

磷酸铁锂(LFP)和锰酸锂(LMO)为正极材料的锂离子电池早已被系统研究并广泛应用于市场.随着纯电动汽车、混合动力汽车等高速发展,人们对续航里程有更高的追求,而LFP和LMO二者的比能量仅在100~150 Wh/kg,难以维持远距离的使用需求,具有高比能量的高镍三元锂离子电池能很好满足上述要求.然而,高镍三元电池的容量衰减较快、安全性问题等有待进一步研究,使其更好地应用于新能源汽车领域.本研究重点聚焦高镍三元锂离子电池性能衰减机制研究,分别从高镍三元锂离子电池的三大要素正极、负极和电解液入手,探究其根本的衰减原理,找到制约高镍三元锂离子电池发展的主要因素,以便于通过高镍材料掺杂修饰、表面包覆等改性策略,促进高镍三元锂离子电池的进一步发展.

元素掺杂碳基材料在锂硫电池中的应用

可移动电子设备、电动汽车及站式储能的蓬勃发展对具有高能量密度和长循环寿命的储能体系的开发提出了迫切需求。锂硫电池由于活性物质硫成本低廉并具有高理论能量密度(2600 Wh·kg^(-1)),成为最具希望的下一代可充电电池。但是,硫及其放电产物导电性差以及多硫化物溶解穿梭导致的一系列严重问题制约了锂硫电池的实际应用。碳基材料通常被用作硫载体以改善正极的导电性,然而,非极性碳材料与极性多硫化物的相互作用较弱,对于多硫化物仅起到有限的物理吸附和阻挡作用,穿梭效应所导致的电池容量严重衰减问题难以得到有效改善。通过杂原子如N、S、Co、B等的掺杂可在碳材料上引入极性或化学吸附位点,大大增强了碳材料对于多硫化物的吸附能力,有效改善了电池的循环稳定性,并且由于掺杂改变了碳材料的电子结构,甚至可以提升碳材料的电子导电性,从而提高了活性物质的利用率。本文对锂硫电池中多孔碳、碳纳米管以及石墨烯等碳基材料常用的元素掺杂进行了介绍,其中包括单元素掺杂、双元素掺杂和多元素掺杂,分析了不同掺杂元素对碳基材料性能的影响,并对元素掺杂碳基材料在锂硫电池中的发展前景进行了展望。