[鹏辉能源]“储”动未来 鹏辉能源亮相国际储能大会CESC2023

6月14-16日,CESC2023中国(江苏)国际储能大会暨智慧储能技术及应用展览会在南京国际博览中心举行。鹏辉能源携储能电芯、储能模组、钠离子电芯、液冷储能柜等产品亮相大会,并在大会高峰论坛发表关于“储能技术路线”主题演讲。

添加分散剂和造孔剂制备高密度磷酸铁锂正极

磷酸铁锂锂离子电池能量密度的提升,可促进其进一步应用。研究高面密度磷酸铁锂极片制备工艺,解决活性材料分布不均匀、孔隙率低和极化大等问题。在磷酸铁锂浆料中,加入的分散剂和造孔剂质量分数分别为0.6%和0.3%,极片压实密度为2.36 g/cm~3时,制成电芯的直流内阻最小(0.86 mΩ,50%SOC)。1.00 C倍率下恒流比和能量效率分别为98.87%和91.85%;以1.00 C倍率在2.50~3.65 V循环1 000次后,容量保持率为93.12%。

SOC对锂离子电池存储性能影响及K值筛选工艺

锂离子电池荷电状态(SOC)和老化工艺对电池的存储性能以及模组电池的制备和性能具有重要影响。研究SOC对磷酸铁锂锂离子电池存储性能的影响。高温(60℃)长时间存储时,随着SOC降低,电池的产气变严重,负极上发生的副反应是产气的主要来源。在30%SOC下,电池处于产气较少的理想存储状态。在30%SOC下,通过调整45℃高温和常温老化时间对K值筛选工艺进行优化。高温老化有利于区分不同自放电速率的电池。模组充放电一致性测试表明,随高温老化时间的延长,模组充放电压差减小,电池一致性提高。实验结果为磷酸铁锂锂离子电池长期储存、运输和制备提供参考。

大容量储能电池模组热失控传播行为与燃爆风险分析

锂离子电池热失控引发的储能系统火灾爆炸问题长期制约着产业发展。为了探究实际应用场景下大容量储能电池、电池模组的热失控及其传播行为与燃爆风险,本文以储能用280 Ah磷酸铁锂电池及其组成的1P48S电池模组为研究对象,对热滥用条件下电池单体产热、产气特征以及真实模组内热失控蔓延特征进行了实验研究,并基于试验产气结果,对2种典型储能应用场景下因模组热失控传播而导致的燃爆风险进行了分析,结果表明:电池单体热失控产生最高温度为380.1℃,热失控释放混合气体总量为156.8 L,混合气体爆炸极限为6.9%~35.5%;模组内设置的隔热板有效阻隔了热失控蔓延,其间未设隔热板的6块电池发生了热失控,热失控电池表面最高温度超1200℃,热失控传播速度为0.162~0.233 mm/s,同时在热失控高温影响下模组箱体外部上表面温度最高达281.3℃;模组内6块电池热失控会导致预制舱式储能系统较高燃爆风险,应将热失控传播控制在2块电池以内,但模组内1块电池从开阀产气至热失控的过程中便会导致工商业用储能柜较高的燃爆风险。该研究可为储能电池模组安全设计和储能系统防爆设计提供参考。

二次注液技术对磷酸铁锂电池性能的影响

能量效率和循环寿命是储能电池的核心技术指标。在保证电解液中总VC含量不变的前提下,验证了二次注液方式对磷酸铁锂电池电化学性能的影响。结果表明,在总VC质量分数为3%的前提下,一次注液量为总注液量的87%,电解液中VC质量分数可被降低至1.8%;在电池化成后进行二次注液,注液量为总注液量的13%,且提高电解液中VC质量分数到11.5%,可显著提升电池的能量效率、低温性能以及长期循环寿命。并且,随着二注电解液中的VC质量分数提升到19%,总VC质量分数提升到4%,可进一步提升磷酸铁锂电池的循环寿命,并对能量效率、高温性能等无明显负面影响。该研究为高阻抗添加剂的应用、初始SEI膜的构建以及电解液方案设计等提供了新的思路。

Mg^(2+)掺杂球形LiFePO_4/C的制备及电池性能

以柠檬酸为碳源、草酸亚铁为铁源、乙酸镁为镁源,采用喷雾干燥–碳热还原法制备了一系列镁离子掺杂磷酸铁锂(LiMgxFe1-xPO_4/C)材料,并研究了镁离子对喷雾干燥-碳热还原法制备的球形磷酸铁锂材料结构和电化学性能的影响.结果表明,实验制得的LiMgxFe1-xPO_4/C材料具有规则的球形空心结构和高的比容量;当Mg^(2+)含量较小时其对磷酸铁锂晶体结构不产生影响,其中LiMg0.04Fe0.96PO4/C具有最好的充放电性能,在0.2C、0.5C、1.0C、2.0C、5.0C倍率下首次放电比容量分别为149.0、145.6、141.3、132.6、123.3mAh/g,1.0C倍率下充放电循环100周后容量保持率大于97.3%.

不同碳气凝胶导电剂对Li-MnO_2电池性能的影响

以间苯二酚、甲醛为前驱体,通过溶胶凝胶法,采用CO2超临界干燥、冷冻干燥、常压干燥制备碳气凝胶.采用N2低温吸脱附法、四探针法、扫描电镜对碳气凝胶的电导率、孔结构等进行考察,研究碳气凝胶作为导电剂材料对锂-二氧化锰电池大电流放电性能的影响.结果表明:不同干燥方法制备的碳气凝胶电阻率相近,比表面积差异较大,CO2超临界干燥制备的碳气凝胶比表面积最大(1 017.85 m2/g);以CO2超临界干燥制备的碳气凝胶为导电剂的电池放电比容量最大,100 m A恒流放电比容量达到101 m Ah/g,其放电平台比常压干燥的碳气凝胶高80 m V左右,1 m A恒流放电比容量则差异较小.结果显示碳气凝胶导电剂比商业乙炔黑导电剂性能更优.

高能球磨制备硅/人造石墨复合材料

以硅粉（Si）和人造石墨（AG）为原料，通过高能球磨制备了锂离子电池用Si／AG复合材料。SEM、XRD和充放电测试结果表明：复合材料呈嵌入型，硅含量越多，粘连在石墨表面的硅颗粒相应增多，复合效果越差；球磨基本上未破坏硅和石墨的结构。硅含量在5％～40％时，复合材料的脱锂比容量随着硅含量的增加先增大、后降低；电流为0．2C，、电压为0．001～2．000V时，复合材料的首次脱锂比容量为528—1700mAh／g，库仑效率为70％～80％；循环10次后，复合材料循环性能基本稳定，第40次循环的可逆比容量为309—567mAh／g。

Si/AG/C复合负极材料的制备及性能研究

以硅、人造石墨和蔗糖为原料。通过高温裂解法制备了硅／石墨／碳复合材料作为锂离子电池负极材料。用扫描电子显微镜法（SEM）和X射线衍射光谱法（XRD）分析材料的形貌和结构。复合材料制备成电极后，通过恒流充放电、循环伏安（CV）和电化学交流阻抗频谱（EIS）测试其电化学性能。结果表明：裂解碳将石墨和硅紧密包裹，高温后硅和石墨仍为晶体结构；在600-900℃，复合材料脱锂比容量随温度升高而增加。首次脱锂比容量在1000~1100mAh／g。复合材料循环40次后比容量保持在418-543mAh／g。紧箍包裹结构的硅／石墨／碳复合材料兼有石墨循环性好和硅容量高的特点。

预放电模式对锂锰电池性能的影响

预放电模式对锂二氧化锰(Li-MnO_2)一次电池存储后的内阻、电压及放电性能有直接影响。研究恒流、恒阻和直接短路等3种模式预放电对Li-MnO_2电池性能的影响。在60℃存储后,恒流、恒阻和直接短路预放电的Li-MnO_2电池,平均内阻分别为569mΩ、852mΩ和1140mΩ,平均开路电压分别为3.257V、3.250V和3.271V。恒流预放电制备的电池,内阻、电压分布一致性更高,1000mA恒流放电时,恒流预放电电池的容量比直接短路预放电的高28.4%。

电解二氧化锰粒度对Li/MnO_2电池性能的影响

将热处理后的电解二氧化锰(EMD)进行10 h球磨,粉碎为200目、250目及300目等不同粒径,作为正极活性材料制备CR123A型锂/二氧化锰电池。使用200目、250目及300目EMD制备的电池,在60℃高温下存储7 d后的平均内阻分别为305.4 mΩ、296.1 mΩ和272.4 mΩ,30 m A恒流放电容量均约为1 300 m Ah,1.8 A恒流放电容量分别为748 m Ah、927 m Ah和998 m Ah。

超声焊工艺参数对极耳性能的影响

考察了镍转铝动力电池极耳生产工艺中,超声点焊工艺参数对极耳金属带焊接拉力、极耳胶耐电液性能的影响。当先超声转接再贴胶,超声点焊工艺参数为,超声焊能量450J,功率4500W,焊接时间2.0s时,金属带焊接拉力最大,极耳胶耐电液性能最好。

锂离子电池储能安全评价研究进展

本文针对目前锂离子电池储能安全评价研究进展进行了综述,梳理了锂离子电池储能安全评价相关标准现状,从电池本征安全、储能故障及事故统计、热失控机理及火蔓延机制等方面总结了锂离子电池储能安全评价相关理论的研究进展,分析了从锂离子电池单体到储能系统的安全评价数值模拟技术,系统介绍了电池单体到储能系统的安全测试评价技术以及锂离子电池储能电站安全评价技术的现状。研究结果表明,随着电池技术的不断迭代,储能系统结构的不断升级,储能的安全评价将愈发复杂,现有的评价技术和标准有待进一步提升和完善。未来,需要根据储能电池本质安全、电气与消防安全等技术的发展及时调整与更新安全评价指标,结合仿真、实验手段的进步,明确安全指标阈值,并充分考虑储能系统投运后容量衰减、老化过程伴随的安全性能演变,构建覆盖多体系、多场景、多要素,融合动静态指标的安全性能等级评价体系,发展涵盖“单体-模组-簇-系统-电站”层层分级的储能系统安全性能等级评价技术。同时,制定国际适用的储能系统安全性能等级评价标准,为全球储能安全提供中国方案。

电化学储能产业发展对安全标准的需求

储能作为新型电力系统的关键组成,市场规模取得了快速增长。在储能产业发展的同时,国内外储能项目事故也在不断发生,大多数是锂离子电池储能事故,引起了社会对储能安全的关切。储能产业亟需明确储能安全标准要求,提升储能产品和项目建设的准入门槛,避免恶性事故再度发生。本工作回顾了近两年国内外储能项目事故情况,统计了事故发生时储能项目所处的状态和储能技术类型,从事故角度分析了相应阶段对储能安全标准的需求。对电力储能系统安全相关标准,本工作重点梳理了主要的IEC标准、美国标准和国内现有的国家标准、地方标准,简要分析了相关标准的要求和特点,最后从储能项目全生命周期的角度总结了设计建设、运输、运维、消防安全、应急救援和退役回收等各阶段储能安全标准有待进一步解决的问题,并对下一步相关工作的开展给出建议,以期推动国内相关标准的完善,为储能产业安全健康发展奠定基础。

锂盐对Li-MnO_2一次电池性能的影响

研究电解液中的锂盐对锂二氧化锰(Li-MnO_2)一次电池内阻、开路电压、放电性能及安全性能的影响。锂盐为LiClO_4、LiBF_4、LiPF_6和双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)制备的Li-MnO_2电池,平均内阻分别为253 mΩ、277 mΩ、226 mΩ和293 mΩ,平均开路电压分别为3.31 V、3.25 V、3.26 V和3.29 V。在-25℃下,锂盐为LiTFSI制备的电池放电性能最好,1 000 mA恒流放电的中值电压、容量比锂盐为LiClO_4制备的电池分别约高0.13 V、78 m Ah。Li-MnO_2电池的放电性能均随温度的升高而升高,且差异减小。锂盐为LiTFSI制备的电池安全性能最好。

长寿命循环的磷酸铁锂电池及材料、工艺

利用预锂化技术以及预锂化材料(也称为补锂剂、预锂化添加剂)的富锂优势,将预锂化材料添加在磷酸铁锂(LFP)电池正极极片中,研制了磷酸铁锂方形铝壳51 Ah全电池,以及软包7 Ah全电池,并进行了循环寿命方面的测试和研究。利用以往经验分析了正极、负极等主材(比如磷酸铁锂、石墨、电解液配比、集流体、隔膜)到辅料(正、负极黏合剂,导电剂等)以及预锂化材料的特性和对电池寿命的影响,以化学反应方程式的形式分析了已经工业化的几种预锂化材料的补锂机理以及补锂容量值。试验结果表明,添加预锂化材料的7 Ah电池循环寿命在9000周,而没有添加预锂化材料的7 Ah电池的循环寿命在5300周,添加预锂化材料的7 Ah电池的循环性能明显优于未添加预锂化材料的电池,循环寿命提高了50%左右;能量效率方面:添加预锂化材料的7 Ah电池的常温25℃,0.2 C能量转化效率为96.74%,0.5 C能量转化效率为94.80%,1 C能量转化效率为92.67%,均高于未添加预锂化材料的7 Ah电池的能量转化效率。本研究有助于推动预锂化技术以及预锂化材料在磷酸铁锂长循环新型储能电池中的应用,为长寿命磷酸铁锂电池的设计研发提供实验依据。

无溶剂制备锌空气电极及电池性能

锌空气电池具有高安全、大容量、低成本和低自放电等特性,因此获得广泛关注,尤其被广泛用作助听器电池。目前商业化空气电极的制作过程中,催化粉料的处理往往涉及湿法工艺,制造过程复杂,且烘干溶剂过程能源消耗大。利用转速为3000 r/min的高速切割机器进行造粒处理,过程中不使用溶剂,然后经过12目筛网进行过筛处理即得可自由流动的无溶剂处理催化粉料,借助扫描电子显微技术(SEM)进一步观察到催化粉料中大量黏结剂完全纤维化的现象,这种纤维束有利于维持住粉料与粉料之间的紧密结合状态。用自制对辊机器将上述催化粉料压成卷对卷的催化层,再把集流体镍网、防水透气膜与之辊压复合一起,即得无溶剂处理的商业化锌空气电极。作为对比,使用了传统湿法方式制作催化粉料和空气电极,发现无溶剂处理空气电极制得的电池容量高于传统湿法的5%。另外,研究了不同空气极片压实密度和厚度、不同的防水透气膜等对锌空气电池性能的影响,分析表明低密度1.15 g/cm^(3)的空气电极拥有更好的容量储存性能,厚度为0.52 mm空气电极所制电池拥有更高的功率密度,纯聚四氟乙烯(PTFE)膜作为防水透气膜可使锌空气电池拥有更好的防漏液性能。综上所述,这种无溶剂制备空气电极工艺简单方便、环保节能,更适合金属空气电池的商业化应用。

锂离子电池用隔膜孔隙率对电池性能的影响

考察了锂离子电池用隔膜孔隙率对锂离子电池内阻、倍率放电、高温储存、常温0.5 C/0.5 C循环等性能的影响。随着锂离子电池隔膜孔隙率的增加,电池内阻有所降低,高温储存性能有所下降;电池小电流(0.5 C、1 C)倍率放电性能影响不大,大电流(2 C、3 C)倍率放电性能有所提升;常温0.5 C/0.5 C循环性能有所提高。综合考虑,当锂离子电池隔膜孔隙率为42%时,电池性能较优。

快充锂离子电池的应用开发

目前锂离子电池的应用范围不断得到拓展,其优势也相对明显。其中快充锂离子电池更是具有广泛的应用前景。目前锂离子电池在手机、车载充电器、固定充电器等部分有着重要应用。基于这一认识,我们应认识到锂离子电池的优势,重点研究锂离子电池的应用和开发方向。为此,我们应深入研究快充锂离子电池的应用开发现状及发展前景,重点做好快充锂离子电池的应用开发,为锂离子电池的应用开发提供有力支持。

电解液PS含量对锂离子电池性能的影响

考察了电解液中PS添加剂含量对锂离子电池初始容量及内阻、高温储存性能、倍率性能、常温循环性能的影响。电解液中PS添加剂含量对于电池初始容量及内阻影响不大。电解液中PS添加剂含量越高,电池的高温储存性能越好。而随着电解液中PS添加剂含量的增加,电池的倍率性能和常温循环性能均有所下降。综合考虑,电解液中PS添加剂含量为1%时,电池性能较优。