2024年, 第48卷, 第8期　
刊出日期：2024-08-20

  

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锂金属电池专刊
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  “锂金属电池”专刊特约主编寄语

  刘全兵, 王九洲

  电源技术. 2024, 48(8): 1393-1393.

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  基于碳/MOFs及其衍生物复合材料在锂硫电池阴极中的应用

  辛娜, 王亚平, 王天鸶, 栗欢欢

  电源技术. 2024, 48(8): 1394-1407. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.001

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  锂硫电池(lithium-sulfur batteries,LSBs)因其理论能量密度高、价格低廉而被认为是一种最具前景的新型电池体系之一。然而,实际应用中存在导电性差、体积易膨胀,以及循环稳定性差等问题。金属有机框架(metal organic frameworks,MOFs)因其高比表面积与孔隙率特性在LSBs中有效抑制硫溶解,提升硫利用率,实现高循环稳定性,而结合导电性优异的碳材料则进一步优化了整体导电性能。因此,基于碳/MOFs及其衍生物的复合物材料在LSBs阴极中的应用成为当前LSBs的研究热点。综述了近年来有关碳/MOFs及其衍生物的复合物材料在LSBs正极材料方面取得的一些研究进展,并对MOFs及其衍生物在LSBs电极中的应用进行了总结和展望。
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  无负极锂金属电池的挑战与发展

  孙培凇, 郭玉香, 罗大为, 程化, 丁志玉

  电源技术. 2024, 48(8): 1408-1419. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.002

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  无负极锂金属电池因极高的理论容量、能量密度和低成本的优势成为学术热点。但由于铜箔的疏锂性和金属锂的高活性,导致了锂沉积/剥离不均匀,从而产生锂枝晶和锂消耗过快等诸多问题,限制了实际应用。对无负极锂金属电池的优势、挑战以及解决方案进行了全面梳理,从修饰集流体、构筑稳定固态电解质界面(SEI)膜、引入补锂技术以及优化电解液四个改进策略进行了详细论述,并讨论了负极侧影响金属锂沉积/剥离的机制、正极额外锂源的优势以及电解液对无负极锂金属电池可逆性的影响,总结了四种策略的优缺点和未来的发展方向。
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  固态锂金属电池正极/电解质界面研究进展

  王冠华, 张宇航, 刘峰, 李德平, 吴禹翰

  电源技术. 2024, 48(8): 1420-1431. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.003

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  固态锂金属电池以其突出的安全性与高理论比容量成为目前最具发展前景的锂电池技术。在构建高比能固态锂电池体系时,如何较好地解决正极与固体电解质之间的界面问题以及二者之间的兼容性,是高安全性和高比能量固态锂电池技术的痛点之一。通过对固体电解质膜机械特性改性、正极/电解质界面特性改性及其一体化制备技术、界面理论计算等介绍,总结综述了如优化固态电解质与正极材料的物理接触、加强正极/电解质渗透性、改善界面兼容性和正极/电解质固体界面相构建等正极/电解质界面改性技术进展情况,并对固态锂金属电池界面改性技术的发展趋势做了展望。
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  蒙脱土基材料在锂金属电池中的应用研究进展

  贺明亮, 邢艺博, 裴依飞, 柳勇

  电源技术. 2024, 48(8): 1432-1441. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.004

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  锂金属电池作为下一代高能量密度电池的代表,近年来受到了广泛的关注和研究。然而,锂金属电池的商业化应用依然面临着重大的挑战,如锂枝晶的不可控生长和电解质界面稳定性差导致电池的循环性能较差,甚至引发严重的安全问题。蒙脱土因其独特的结构,大的比表面积以及良好的热稳定性,有望用于锂金属电池中来提高其电化学性能。因此,在锂金属电池中引入蒙脱土基材料被认为是解决上述问题最有效的方法之一。综述了用于高性能锂金属电池的蒙脱土基材料、改性策略等相关研究进展,并对其未来发展进行了展望。
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  锂金属电池三维集流体设计研究进展

  张琳曼, 沈玉玺, 张裕, 武朋磊, 李悦明

  电源技术. 2024, 48(8): 1442-1451. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.005

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  锂金属因其高理论容量,在能量储存领域极具潜力。然而,锂金属电池中锂金属不均匀沉积产生的锂枝晶,可能导致电池短路并引发安全问题,限制了其目前的实际应用。三维集流体因具有高比表面积和大量亲锂位点,通过动力学原理控制锂金属沉积,从而降低局部电流密度,提高锂离子传输速度和金属成核速率。从锂金属电池中金属基、碳基、复合材料三维集流体及其改性等方面,综述了近年来锂金属电池三维集流体领域的最新研究进展,并对领域内需要解决的问题和未来发展方向进行了展望。
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  锂碳复合材料研究进展

  王维宙, 陈子婵, 孔德钰, 郇庆娜, 孙兆勇, 陈强

  电源技术. 2024, 48(8): 1452-1465. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.006

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  金属锂具有较高的理论比容量和较低的密度,将其作为负极材料,电池将获得较高的能量密度。然而,在实际应用中受不可控的锂枝晶、非活性锂的形成和积累、锂的体积膨胀及不稳定的固体电解质膜等因素的影响,限制了金属锂的商业化应用。将金属锂与碳材料复合制备锂碳材料可有效缓解上述问题。锂碳复合材料包括锂-石墨烯复合材料、锂-石墨复合材料、锂-碳纤维复合材料和锂-碳纳米管复合材料等。分类介绍了锂碳复合材料及其制备方法和电化学性能,并指出每类锂碳复合材料的优势和存在的问题,最后展望了未来锂碳材料的发展方向。
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  氟化碳(CF_x)材料在锂原电池中的研究进展与应用

  张洋, 张雅婷, 张泽峰, 王九洲, 付甜甜

  电源技术. 2024, 48(8): 1466-1474. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.007

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  CF_x作为一种重要的正极材料,在锂原电池中具有高能量密度、长贮存寿命和优异的安全性等优点。近年来,研究人员通过研究Li/CF_x的工作机理,揭示了CF_x材料目前存在的问题,并针对这些问题进行了一系列的改性处理,如等离子体处理、表面包覆、原子掺杂等。此外,研究人员还通过表面脱氟、纳米尺度工程等手段,改变表面结构从而提升导电性和锂离子传输速率,进一步提高了其能量密度。这些研究成果为CF_x在锂原电池中的应用提供了新的思路和途径。主要介绍了Li/CF_x电池的工作机理及CF_x材料目前存在的问题,针对CF_x材料的改性方法做了总结分析,并对Li/CF_x电池在航空航天、国防军事等领域的应用做了详细介绍和展望。
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  锂原电池的研究与发展

  张遥, 黄振锵, 张泽峰, 张洋, 付甜甜

  电源技术. 2024, 48(8): 1475-1483. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.008

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  近年来,随着新能源汽车的蓬勃发展和逐步部署,锂离子电池(LIB)引起了研究者越来越多的关注。与蓬勃发展的锂电池相比,锂原电池在比能量和贮存性能方面具有优势,通常应用于医疗植入、航空航天和军事等特殊领域。鉴于此,综述了锂原电池的分类和基本原理。同时,基于现有锂原电池各类体系,综述了通过材料纳米化、表面处理及工艺优化设计等多种手段提升其电池性能的研究进展。最后,对后续发展进行了展望,现有电池体系的深入研究有助于挖掘出电池高功率特性潜力,并推动该领域的进一步发展。
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  低温锂离子电池的动力学挑战及解决策略

  段佳月, 陈金秀, 张晋豪, 王芳芳, 赵予生, 夏威, 孔龙

  电源技术. 2024, 48(8): 1484-1493. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.009

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  锂离子电池(LIB)应用领域广泛,但其在低温条件下容量、倍率和寿命等指标严重下降,极大限制了LIB在低温领域的应用。造成LIB低温性能差的因素有很多,其中发生在电极/电解质界面附近的微观过程,特别是低温下固态电解质界面(SEI)附近锂离子(Li⁺)脱溶剂化能垒增大以及Li⁺通过SEI的缓慢传输对LIB的低温性能起着决定性作用。因此,低温电解液的改进与发展对低温LIB的进一步应用具有重要意义。从限制低温LIB动力学的因素着手,分析其低温速控步骤,并探讨了溶剂、盐、添加剂在不同电池体系中改善低温性能的机制和规律,期望从电解液设计的角度为下一代低温LIB的研究提供借鉴。
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  电化学阻抗谱机器学习评估动力电池状态研究进展

  姜岱延, 金玉红, 张子恒, 刘晶冰, 张媛, 李思全, 汪浩

  电源技术. 2024, 48(8): 1494-1502. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.010

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  退役动力锂电池(额定容量80%以上)梯次利用可有效缓解电池回收和环境污染压力,提高资源利用率和经济效益,然而对其进行快速、无损和准确的状态评估仍是一个挑战。与其他已报道的方法相比,电化学交流电测量电池并收集数据绘制阻抗谱图是研究电池状态的核心方法,具有快速、无损这两种优势。通过这种方式检测的电池可以建立起内部阻抗和状态相关性,快速完成电池状态评测。电化学阻抗谱图的分析方法主要包括依靠测量数据和机器学习的方法进行阻抗的预测,依靠等效电路图对电路各个等效元件的变化情况进行分析,以及用积分算法将阻抗谱图转化为更直观的弛豫时间分布图谱。这些方法都提供了电池内部老化情况的分析方法,为电池内部阻抗和健康状态之间的联系提供了电化学方面的基础。基于此,综述了电化学阻抗谱结合机器学习评估动力锂电池状态在国内外最新研究进展,重点针对电化学阻抗谱、等效电路模型、弛豫时间分布和机器学习之间的关系进行总结和探讨。
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  二次电池高熵电极材料研究进展

  林炜琦, 季钰榕, 管联玉, 陈宇鸿, 邱麟媛, 丁翔

  电源技术. 2024, 48(8): 1503-1520. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.011

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  对于二次电池电极材料而言,高熵设计可以获得更好的结构稳定性、体相电子电导率以及离子扩散速率。综述了近年来锂离子电池(LIBs)、钠离子电池(SIBs)、钾离子电池(PIBs)和水系锌离子电池(ZIBs)中的高熵改性电极材料,深刻剖析了优越的电化学性能与高熵结构之间的构效关系,系统总结了高熵电极材料的发展现状与挑战,并对高熵材料的优化设计提出了见解,为推动二次电池高熵电极材料的产业化提供参考。
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  低温锂离子电池的研究进展

  冯惠妍, 刘全兵

  电源技术. 2024, 48(8): 1521-1532. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.012

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  锂离子电池(LIBs)自投入商用以来,其在低温环境下工作时容量衰退的问题广受学者关注。对低温环境下导致LIBs性能差的影响因素进行了分析与讨论,并从四个方面总结概括了近几年改善低温电池动力学的方法,分别为电解液设计,正极材料改性,负极材料改性和电池加热技术。最后,对改善低温LIBs性能的方法做出了总结并提出新的见解和方案,以促进高性能低温LIBs的持续发展。
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  Al₂O₃在储能材料中的应用研究进展

  王妍, 魏诗诗, 赵昊雯, 李健, 王甲泰

  电源技术. 2024, 48(8): 1533-1540. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.013

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  Al₂O₃作为陶瓷材料、催化剂、催化剂载体及研磨磨料等有广泛的应用。因氧化铝具有优良的抗酸碱腐蚀性和力学等性能且热稳定性好、来源丰富,所以近年来逐渐开始应用在储能材料领域,进一步拓展了氧化铝的应用范围。主要针对氧化铝包覆后的二次储能电池正极材料、负极材料,以及改进隔膜的力学性能等方面进行研究。报道了近年来氧化铝在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、电解液、隔膜方面的应用研究进展。
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  金属锂固态电池在空间电源领域应用研究现状与展望

  朱晓婷, 毕然, 艾鹏文

  电源技术. 2024, 48(8): 1541-1545. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.014

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  锂离子电池具有能量密度高的突出优点,已成为GEO卫星、LEO卫星、深空探测器等航天器的主电源。然而,随着新一代航天器的快速发展,它对高比能量储能电源提出了更高的需求,而锂离子电池能量密度提升又遇到技术瓶颈。锂金属固态电池具有更高的能量密度,是继锂离子电池之后下一代理想的空间储能电源。介绍了锂金属固态电池在空间电源领域应用的研究现状并对未来发展进行了论述。
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  锂金属电池三维集流体的改性研究

  赵伟, 杨瑞, 李玲玲, 靳玲玲

  电源技术. 2024, 48(8): 1546-1553. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.015

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  采用电沉积的方法在三维铜集流体表面制备锡镀层,进一步在纯氩气氛中,分别对其进行300、400、500、600和700 ℃热处理,保温时间3 h。结果表明,热处理过程中表面镀层中的Sn原子逐步扩散到铜基体中,当热处理温度为600 ℃时,Sn元素均匀分布到铜基体中,此时,锂金属电池循环性能最佳,能够在高正极载量(17 mg/cm²)和低N/P比(0.6)的条件下,实现较大充放电倍率(0.5 C/3 C)下稳定循环130次。
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  锂金属阳极表面SEI膜的制备与研究

  牟婧妍, 王维宙, 孙兆勇

  电源技术. 2024, 48(8): 1554-1560. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.016

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  采用将锂金属阳极浸润在氟化铜混合溶液的方法对锂阳极表面进行SEI层的人工修饰。系统观察不同浓度氟化溶液和浸润时间对阳极表面生成SEI膜的影响,选择1.0%质量分数CuF₂溶液浸润10 s为最佳实验条件。结合电化学测试与形貌表征研究锂金属电池循环时间、阳极界面上锂的沉积情况和SEI层的力学性能,结果表明,人工SEI层在不同电流密度下将锂电池循环时间提高了160%~446%,促进锂在界面层均匀沉积且显著抑制锂枝晶的生长。研究结果对锂金属电池通过表面修饰实现长循环、高倍率充放电研究具有一定的指导意义。
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  LATP修饰LCO在高压贫液锂电池中的性能研究

  杨泽林, 付微婷, 郭灏, 刘俊, 刘江涛

  电源技术. 2024, 48(8): 1561-1565. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.017

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  通过提高锂金属电池的充电电压、正极负载量以及降低电解液用量可以实现超过500 Wh/kg的高比能量。通过Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃对LiCoO₂修饰,能够改善锂金属电池在高电压、贫电解液环境中的稳定性,采用行星分散法制备的LATP@LCO具有最佳的综合性能,其在0.1 C下的首次放电比容量为212.0 mAh/g,库仑效率为95.3%,循环85次后的容量保持率为87.8%,其相较于纯LCO 57.8%的容量保持率有明显的提升。这对超高能量密度锂电池的循环寿命提升有重要意义。
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  磷酸酯基高温电解液在锂金属二次电池中的应用

  张红梅, 廖丽, 王开琼, 尹蒙蒙, 徐星

  电源技术. 2024, 48(8): 1566-1571. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.018

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  采用双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)和磷酸三丁酯(TBP)配制了高浓度电解液LiFSI/TBP,研究了其在锂金属电池应用中的高温电化学性能。通过阻燃、热重、拉曼等测试分析了电解液的物化性质,并组装CR2032型扣式电池考察了电解液在不同温度下的电化学性能。为了进一步评估电解液的实际应用,装配了1.4 Ah的18650型Li||LiFePO₄电池,在125 ℃以1/5 C倍率放电,循环10次后容量保持率为83.4%,展示出优异的高温电化学性能。
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  黑磷烯改性膜的制备及其锂硫电池性能

  王晨瑶, 翁海瑞, 李明娟, 孙陆毅, 杨惟韧, 李媛, 陈鑫智

  电源技术. 2024, 48(8): 1572-1579. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.019

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  锂硫电池因其高能量密度、低成本、无毒性等优点,在电池领域备受瞩目,被认为是最具有开发潜力的电池之一。但锂硫电池的应用一直受到容量衰减严重的困扰,这主要源自于多硫化物的严重穿梭效应。为解决这个问题,通过合成黑磷烯对商用聚丙烯隔膜进行改性,探究黑磷烯对锂硫电池性能的影响。结果发现,黑磷烯与商用隔膜具有良好的粘附性,改性后提高了隔膜吸液率,加快了离子在电解液中的扩散,有效抑制了穿梭效应。黑磷烯改性隔膜的锂硫电池在0.05 C下的首次放电比容量可达943 mAh/g,且在0.1 C下稳定循环超过200次,电池的性能得到显著提升。
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  N、B共掺杂空心碳球结构设计及其锂硫电池性能研究

  郭德才, 卢雪, 米娟, 赵凡雅, 刘坤, 孙蔷

  电源技术. 2024, 48(8): 1580-1587. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.020

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  采用二氧化硅包覆限域碳化的方法,制备N、B共掺杂空心纳米碳球。碳球直径为245 nm,空腔内径为165 nm,比表面积为666 m²/g。与非限域碳化空心碳球对比,限域碳化可以有效扩大碳球空腔直径。以空心碳球为载体制备碳硫复合正极材料,碳球的大空腔结构可以提高锂硫电池硫正极中单质硫的利用率和循环稳定性,复合材料0.1 C放电比容量809 mAh/g;1.0 C初始放电比容量716 mAh/g,循环300次后比容量551 mAh/g,每次容量损失率0.077%。同时,碳球的多孔壁层结构可以提高锂离子的传输动力学,材料表现出良好的倍率性能,5 C放电比容量为423 mAh/g。
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  LATP固态电解质膜在准固态锂硫电池中的性能研究

  翁海瑞, 王晨瑶, 李明娟, 孙陆毅, 李媛, 陈鑫智

  电源技术. 2024, 48(8): 1588-1594. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.021

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  为解决固态电解质与电极间的界面接触问题,实现锂硫电池固态化。用溶胶-凝胶法制备NASICON型Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃氧化物固态电解质(LATP),用水基流延法制备固态电解质膜,将使用少量电解液润湿的LATP固态电解质膜组装成准固态锂硫电池。制备的LATP离子电导率为1.61×10^-4 S/cm。在30 ℃下,Li对称电池可稳定循环,循环时间超过500 h。该准固态电池室温下5 C放电,放电比容量340 mAh/g。在30 ℃、0.1 C下,初始放电比容量1 043 mAh/g,100次循环后放电比容量430 mAh/g。
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  铬基金属氧化物电池宽温域电解液研究

  国天骄, 陈昱霖, 杨芳凝, 张泽峰

  电源技术. 2024, 48(8): 1595-1601. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.022

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  锂铬基金属氧化物电池选用了具有强氧化性的Cr₈O₂₁作为正极和强还原性的金属锂作为负极,所以该体系电池对使用的电解液要求很高。通过溶剂与金属锂的高温稳定性试验和电解液的高温稳定性试验,总结出宽温域电解液应尽量减少醚类和羧酸脂类溶剂的使用,并且需在电解液中添加成膜剂来改善界面稳定性;除此之外,通过引入高DN值(donor number)溶剂二甲基亚砜(DMSO)和小分子结构乙醚也可进一步改善电解液的低温性能。
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  功率型锂原电池安全性设计研究

  刘志伟, 王九洲

  电源技术. 2024, 48(8): 1602-1605. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.023

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  安全性设计是功率型锂原电池应用研究的重要内容。针对“热失控”这一引发电池安全性问题的直接因素,从单体电池安全性设计和电源系统安全性设计两方面进行了研究。单体电池安全性设计包括N/P比设计、隔膜及电解液选用,电源系统安全性设计包括自主模式和“人在回路”模式下电池使用安全性设计。
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  氟化碳材料结构调控及其电化学性能构效关系研究

  郭德才, 米娟, 宋永一, 张舒冬, 刘坤

  电源技术. 2024, 48(8): 1606-1611. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.024

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  氟化碳材料的形貌结构、颗粒尺寸和表面性质,对其电化学性能具有重要影响。制备了颗粒尺寸为50~200 nm类球形纳米氟化碳材料,材料的F/C原子比为1.3。结果表明,氟化碳材料的高F/C和纳米尺寸的颗粒结构,使得其与商品化氟化石墨材料相比具有更高的比容量和优良的倍率性能。该材料在0.1 C倍率放电比容量为985 mAh/g,1 C放电比容量为827 mAh/g。采用纳米碳层对制备的氟化碳进行表面包覆,提高了氟化碳材料的放电电压和比容量,包覆后的氟化碳材料1 C放电比容量861 mAh/g,放电电压提升0.3 V。
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  磺化石墨烯包覆氧化亚硅负极研究及应用

  赵伟, 李玲玲, 杨瑞

  电源技术. 2024, 48(8): 1612-1618. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.025

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  采用离心喷雾干燥法在氧化亚硅(SiO_x)表面包覆磺化石墨烯(SGPE),将包覆后的氧化亚硅负极材料(SGPE-SiO_x)制作成软包锂离子电池。结果表明,采用包覆了磺化石墨烯的氧化亚硅负极材料制备的软包电池,循环寿命显著提升,循环过程中的阻抗增长率也得到显著抑制,电池的热安全性能也得到显著改善。对循环100次后的负极片进行截面形貌分析可知,磺化石墨烯包覆层可以抑制循环过程中氧化亚硅负极材料表面SEI膜的厚度增长,从未包覆负极的800 nm降低至包覆负极的200 nm。
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  硫化物固态电解质薄膜的室温干法制备和全固态电池性能

  胡文, 李柱, 刘妍娜, 肖亮

  电源技术. 2024, 48(8): 1619-1627. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.026

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  硫化物固态电解质具有高室温离子电导率,但机械强度差难以形成实用电解质层。因此,提出聚合物粘接剂预纤维化的策略,实现了硫化物电解质复合膜的室温干法制备提升了全固态电池的性能。通过PTFE乳液破乳干燥制备了预纤维化的PTFE干粉,采用Li₆PS₅Cl电解质和纤维化PTFE在室温辊压下成功制备了超薄(~35 μm)和高离子电导率(3.17 mS/cm)的硫化物固态电解质复合膜。采用铌酸锂包覆的钴酸锂(LCO@LNO)为正极材料,通过室温干法工艺,制备了正极材料、硫化物电解质、导电剂的复合正极薄膜。通过超薄锂铟合金、电解质复合膜、正极复合膜的简单堆叠,制备了全固态薄膜电池,实现了正极材料134.1 mAh/g的可逆比容量,全电池188 Wh/kg的比能量和100次的稳定循环。
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  冲击环境下锂离子电池损伤特征研究

  刘源, 苏新瑞, 张松, 王扬卫, 高丽红, 马壮, 吴宇

  电源技术. 2024, 48(8): 1628-1633. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.027

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  随着高科技电子设备在战场上的广泛应用,军用锂电池在冲击环境下的安全性尤为重要。然而,在实验室中无法还原真实战场环境中的冲击载荷,目前研究仍局限于模拟仿真,缺乏对枪击载荷作用下电池的损伤失效特征的解析。针对上述问题,通过单体电池枪击实验,研究了高比能锂离子电池在冲击载荷下发生热失控的荷电状态(SOC)阈值。结果表明,50% SOC电池未发生热失控,60%以上SOC的电池均发生了不同程度热失控,80%以上SOC的电池发生了伴随爆燃的剧烈热失控。随后对电池残骸进行分析,50%、60%、70% SOC电池在被子弹击穿后还具有完整的形状,而80%、90%、100% SOC电池被完全破坏。上述研究成果可为军用高比能锂电池在冲击载荷下的安全设计提供参考。
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  大容量磷酸铁锂电池热失控行为及测试气氛影响规律研究

  李涵, 王炎, 华剑锋, 张西龙, 王贺武, 卢兰光

  电源技术. 2024, 48(8): 1634-1641. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.028

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  120 Ah磷酸铁锂电池在惰性气氛下的密封压力舱中进行热失控测试,记录电池本体温度、环境温度,分析产气组分占比,计算电池产气量、排气速率及可燃极限。作为对照,在空气气氛下开展相同条件的实验,以考察不同气氛对电池热失控过程的影响。电池热失控过程经历了“加热温升-开阀排气-热失控-冷却降温”多个阶段。热失控过程中,电池上方环境温度逐渐降低。两种气氛下的电池产气都具有较高的爆炸危险性,与惰性气氛相比,空气气氛下电池温度提高17.6%,热失控持续时间延长14%,产气量增加8.2%。
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  生物质多孔碳材料用于锂硒电池硒正极载体的研究

  周诚, 王伟, 郭晓蓓, 徐鹏, 顾欣, 吴泽仕, 张翼

  电源技术. 2024, 48(8): 1642-1647. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.029

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  为了解决锂硒电池硒正极在循环过程中由于多硒化物的溶解和体积膨胀导致电池容量快速衰减的问题,利用自然界丰富的生物质通过化学活化制备具有不同孔结构和形貌的多孔碳材料作为硒的负载材料。将米糠用KOH活化处理然后高温炭化制备了介孔碳材料(RBC),孔径主要分布在3.53 nm,并通过熔融扩散法制备了Se/RBC正极材料,RBC对硒提供有效的物理保护,因此Se/RBC正极材料表现出较好的电化学性能,0.5 C下循环200次后比容量仍保持在372 mAh/g,容量保持率为88.0%。进一步使用ZnCl₂活化处理花生粕,然后炭化得到了具有微/介孔结构的碳材料(NS-PC),与KOH相比,ZnCl₂的腐蚀性小,且碳材料具有杂原子掺杂,因此Se/NS-PC正极在0.5 C下循环500次后比容量高达380 mAh/g,电化学性能优异。
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  基于热平衡的废旧锂离子电池回收系统二燃室简化用气量预测

  王振宇, 郑俊超

  电源技术. 2024, 48(8): 1648-1652. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.030

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  基于锂离子电池回收过程中的质热平衡计算,依靠Matlab平台,针对物理破碎预处理过程(破碎-热处理-二燃-急冷),根据电池种类、单位时间投料量,以及二燃室相关结构参数计算过程中所需天然气与助燃空气量,为生产过程中工艺参数调节提供理论支持;或根据所提供预计回收量推演二燃室尺寸,为回收过程精准化控制提供基础。
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  基于不同商业化炭黑的PEMFC微孔层的耐腐蚀性能

  刘金鑫, 张立昌, 谭金婷

  电源技术. 2024, 48(8): 1653-1661. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.031

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  反极产生的高电位会对微孔层造成不可逆的碳腐蚀损伤,严重缩短了PEMFC的寿命,因此研究由反极引发的微孔层中的碳腐蚀问题对强化PEMFC耐久性具有重要的科学意义。选择4种不同石墨化程度的商业化炭黑制成微孔层,分析其高电位腐蚀前后的性能。结果表明提高炭黑的石墨化程度、降低其比表面积,腐蚀后GDL表面亲疏水性、表面形貌、孔结构等物理性质的退化程度有所缓解,单电池性能的衰退程度也减轻。四种炭黑的抗腐蚀强度为乙炔黑>XC-72>科琴黑>BP2000,由乙炔黑制备的GDL经过电化学腐蚀后各项物理性质几乎没有退化,单电池性能衰退程度较低。这为开发具有优异抗反极能力的阳极微孔层,提高PEMFC耐久性提供重要的理论依据。
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  共晶盐添加剂对NiF₂正极材料性能的影响

  邢永慧, 安建民, 刘宇飞, 原强, 白鑫涛

  电源技术. 2024, 48(8): 1662-1666. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.08.032

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  氟化镍作为一种新型热电池正极材料,具有电压平台高、理论比容量高、热稳定性好的优点。但是,由于NiF₂固有的离子导电特性差,造成其实际的放电性能并不理想。共晶盐是一种常见的正极添加剂,利用其在熔融态下的高离子导电特性,可以降低NiF₂正极材料表面电解质离子的扩散阻力,进而提升电化学性能。通过微观结构分析和电性能测试,证明了LiF-LiCl-LiBr共晶盐添加剂可以显著提升NiF₂正极的放电性能。通过调整LiF-LiCl-LiBr共晶盐的添加量,实现NiF₂正极材料在500 mA/cm²条件下的稳定输出电性能。