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力曲线用于硅负极材料表面膜的研究

电化学 2013年第6期19卷 530-536页

作者：郑杰允郑浩汪锐李泓陈立泉中国科学院物理研究所北京100190

利用原子力显微镜(AFM)力曲线模式来研究锂离子电池硅负极材料在含碳酸亚乙烯酯添加剂(VC)电解质首周循环时固态电解质相表面膜(SEI膜)的三维结构.测试表明SEI膜具有多层结构,同时得到SEI膜厚度、杨氏模量以及覆盖度在首周循环过程中的... 详细信息

利用原子力显微镜(AFM)力曲线模式来研究锂离子电池硅负极材料在含碳酸亚乙烯酯添加剂(VC)电解质首周循环时固态电解质相表面膜(SEI膜)的三维结构.测试表明SEI膜具有多层结构,同时得到SEI膜厚度、杨氏模量以及覆盖度在首周循环过程中的变化,采用三维图呈现了硅材料表面膜的分布.

关键词：薄膜硅负极固态电解质相表面膜原子力显微镜力曲线锂离子电池

发展下一代高能量密度动力锂电池——变革性纳米产业制造技术聚焦长续航动力锂电池项目研究进展

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中国科学院院刊 2016年第9期31卷 1120-1127+971页

作者：李泓郑杰允中国科学院物理研究所长续航动力锂电池项目组

提高动力电池能量密度将延长电动汽车续航里程,对发展电动汽车技术具有重要意义。中科院在2013年底部署了战略性纳米产业制造技术聚焦战略性先导科技专项,旨在集中中科院优势单位,通过纳米技术研发与突破,积极探索第三代锂离子电池、固... 详细信息

提高动力电池能量密度将延长电动汽车续航里程,对发展电动汽车技术具有重要意义。中科院在2013年底部署了战略性纳米产业制造技术聚焦战略性先导科技专项,旨在集中中科院优势单位,通过纳米技术研发与突破,积极探索第三代锂离子电池、固态锂电池、锂-硫电池和锂-空气电池等电池体系。文章分析了动力锂电池研究领域的国家需求,概述了国内外动力锂电池的研发现状,同时介绍了"长续航动力锂电池"项目的技术进展情况与管理实施情况。

关键词：动力锂电池高能量密度中国科学院战略性先导科技专项

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锂电池失效分析与研究进展

物理学报 2018年第12期67卷 274-285页

作者：王其钰王朔周格张杰男郑杰允禹习谦李泓中国科学院物理研究所北京100190 天目湖先进储能技术研究院溧阳213300

锂电池在使用或储存过程中会出现一定概率的失效,包括容量衰减(跳水)、循环寿命短、内阻增大、电压异常、析锂、产气、漏液、短路、变形、热失控等,严重降低了锂电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性.对锂电池失效进行准确诊断并探... 详细信息

锂电池在使用或储存过程中会出现一定概率的失效,包括容量衰减(跳水)、循环寿命短、内阻增大、电压异常、析锂、产气、漏液、短路、变形、热失控等,严重降低了锂电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性.对锂电池失效进行准确诊断并探究其失效机理是锂电池失效分析的主要任务,对锂电池性能提升和技术发展具有深远意义.为了全面且深入地介绍锂电池失效分析,本文从锂电池失效分析的定义、失效表现、失效原因、分析内容、分析流程、困难点等方面进行了简述,希望能为推动中国锂电池失效分析技术的发展起到积极作用.

关键词：锂电池失效分析

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锂电池原位与非原位表征技术研究

电化学 2015年第2期21卷 99-114页

作者：李文俊郑杰允谷林李泓中国科学院物理研究所北京100190

锂电池的电化学性能与电子及离子在体相与界面的输运、反应、储存行为有关.从原子尺度到宏观尺度,对电池材料在平衡态与非平衡态过程的电子结构、晶体结构、微观形貌、化学组成、物理性质的演化研究对于理解锂离子电池中各类构效关系至... 详细信息

锂电池的电化学性能与电子及离子在体相与界面的输运、反应、储存行为有关.从原子尺度到宏观尺度,对电池材料在平衡态与非平衡态过程的电子结构、晶体结构、微观形貌、化学组成、物理性质的演化研究对于理解锂离子电池中各类构效关系至关重要,这需要综合多种原位与非原位表征技术.目前,基础研究处于前沿的发达国家在这些方面取得了卓有成效的进展.本文简介了中国科学院物理研究所近年来通过国内外合作,采用原位X射线衍射(in-situ XRD)、原位X射线吸收谱(in-situ XAS)、准原位/原位扫描电镜(quasi/in-situ SEM)、球差校正扫描透射电镜(HAADF/ABF-STEM)、扫描力曲线(Force-Curve)、中子衍射(Neutron Diffraction)、热重-差示扫描量热-质谱联用(TG-DSC-MS)、表面增强拉曼(SERS)等技术研究锂离子电池电极材料结构演化方面的进展,并对未来锂离子电池研究中先进表征技术的发展进行了简要的探讨.

关键词：锂电池原位表征技术非原位表征技术

高容量金属镓薄膜和粉体作为锂离子电池负极材料的自修复行为研究

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化学学报 2015年第8期73卷 808-814页

作者：罗飞郑杰允褚赓刘柏男张素林李泓陈立泉中国科学院物理研究所北京100190 The Pennsylvania State University PA 16802USA

锂离子电池合金类负极材料比如Si,Sn,因其理论容量远高于目前商业化石墨负极材料受到了广泛的关注.然而,受限于这类材料的循环稳定性,距离其产业化仍然有一定的距离,主要是由于其在电化学充放电过程中锂离子的嵌入和脱出产生巨大的应力... 详细信息

锂离子电池合金类负极材料比如Si,Sn,因其理论容量远高于目前商业化石墨负极材料受到了广泛的关注.然而,受限于这类材料的循环稳定性,距离其产业化仍然有一定的距离,主要是由于其在电化学充放电过程中锂离子的嵌入和脱出产生巨大的应力而导致出现的不可修复的裂纹.利用金属镓低熔点的物理特性,在其熔点之上研究其脱嵌锂过程中的自修复能力.对制备出金属镓薄膜电极研究发现,25次充放电后,因为固体电解质(SEI)的持续生成,有效自修复区域降低为34μm,自修复区域随着循环次数的增加逐渐降低.同时通过简单的液相分散方法制备出金属镓粉末电极,金属镓粉末大小为3.43μm,尺寸小于有效自修复区域,电化学分析显示该金属镓粉末电极前25次循环能够实现高的可逆容量和稳定的循环性能,25次循环后的金属镓粉末电极的SEM分析显示裂纹平均尺寸大小为1μm,说明金属镓在液体电解液体系中的自修复能力有限.金属镓有望用于非液态电解质体系中的裂纹修复,比如对全固态电池中金属锂粉化的修复.

关键词：金属镓负极材料锂离子电池自修复

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锂电池基础科学问题(Ⅴ)——电池界面

储能科学与技术 2013年第5期2卷 503-513页

作者：郑杰允李泓中国科学院物理研究所北京100190

电池中固液界面的性质对锂离子电池充放电效率、能量效率、能量密度、功率密度、循环性、服役寿命、安全性、自放电等特性具有重要的影响。对界面问题的研究是锂离子电池基础研究的核心。本文小结了锂离子电池电极表面固体电解质中间相(... 详细信息

电池中固液界面的性质对锂离子电池充放电效率、能量效率、能量密度、功率密度、循环性、服役寿命、安全性、自放电等特性具有重要的影响。对界面问题的研究是锂离子电池基础研究的核心。本文小结了锂离子电池电极表面固体电解质中间相(SEI)形成机理及对其组成结构的认识,介绍了近年来对锂离子输运机制、SEI膜改性研究以及透射电镜(TEM)及原子力显微镜(AFM)中力曲线等实验技术来分析SEI膜的形貌、厚度、覆盖度及力学性能等实验方法。

关键词：界面固体电解质中间相膜表征锂离子电池

储能锂离子电池多层级失效机理及分析技术综述

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储能科学与技术 2023年第7期12卷 2079-2094页

作者：王怡陈学兵王愿习郑杰允刘啸嵩李泓天目湖先进储能技术研究院有限公司江苏溧阳213300 中国科学院物理研究所北京100190 中国科学技术大学安徽合肥230041

锂离子电池电化学和安全性能与其材料、极片和电池各层级的特性密切相关,揭示储能锂离子电池多层级的失效机理,可为储能锂离子电池的设计优化、使用管控提供指导。本文以广泛应用的磷酸铁锂储能电池为例,从材料、极片、电池层级出发,分... 详细信息

锂离子电池电化学和安全性能与其材料、极片和电池各层级的特性密切相关,揭示储能锂离子电池多层级的失效机理,可为储能锂离子电池的设计优化、使用管控提供指导。本文以广泛应用的磷酸铁锂储能电池为例,从材料、极片、电池层级出发,分别综述了其常见的失效形式以及对应的失效机理与表征分析技术。在本文中多层级的失效包括正负极材料的结构、组成和表界面失效以及电解液和隔膜的失效;极片的析锂、孔隙率、剥离和非均匀极化失效;电池的产气和热失控失效。最后对未来储能失效分析技术进行展望,包含先进表征技术应用、标准化失效分析流程等方面,希望能为储能锂电池失效分析技术的发展起到积极的推动作用。

关键词：储能锂电池多层级失效分析

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锂离子电池失效分析概述

储能科学与技术 2017年第5期6卷 1008-1025页

作者：王其钰王朔张杰男郑杰允禹习谦李泓中国科学院物理研究所北京100190

商业化的锂离子电池在使用或储存过程中常出现某些失效现象,包括容量衰减、内阻增大、倍率性能降低、产气、漏液、短路、变形、热失控、析锂等,严重降低了锂离子电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性。这些失效现象是由电池内部一系... 详细信息

商业化的锂离子电池在使用或储存过程中常出现某些失效现象,包括容量衰减、内阻增大、倍率性能降低、产气、漏液、短路、变形、热失控、析锂等,严重降低了锂离子电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性。这些失效现象是由电池内部一系列复杂的化学和物理机制相互作用引起的。对失效现象的正确分析和理解对锂离子电池性能的提升和技术改进有着重要作用。锂离子电池失效分析是以电池的失效现象为起点,针对该现象选择适当的测试分析手段,设计合理、有效的失效分析流程,挖掘电池在材料制备和制造工艺层面上的失效主要原因,并能提供相关可靠有效的优化建议。本文综述了锂离子电池的失效现象及其失效机理、失效分析常见的测试分析方法、失效分析流程的设计,并列举了容量衰减、热失控和产气等方面相关分析案例进行说明。

关键词：锂离子电池失效分析

金属锂负极表面微米/纳米图形尺寸对金属锂在固态/液态电池中电沉积-溶解行为的影响

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金属锂负极表面微米/纳米图形尺寸对金属锂在固态/液态电池中电沉...