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Journal of Energy Chemistry 2020年第11期29卷 286-295页

作者： Meng Li Jingyi Qiu songtong zhang Pengcheng Zhao Zhaoqing Jin Anbang Wang Yue Wang Yusheng Yang Hai Ming School of Materials Science and Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Research Institute of Chemical Defense Beijing 100191China Beijing Key Laboratory of Advanced Chemical Energy Storage Technology and Materials Research Institute of Chemical DefenseBeijing 100191China

Various nanostructured architectures have been demonstrated to be effective to address the issues of high capacity Si anodes. However, the scale-up of these nano-Si materials is still a critical obstacle for commercialization. Herein, we use industrial ferrosilicon as low-cost Si source and introduce a facile and scalable method to fabricate a micrometer-sized ferrosilicon/C composite anode, in which ferrosilicon microparticles are wrapped with multi-layered carbon nanosheets. The multi-layered carbon nanosheets could effectively buffer the volume variation of Si as well as create an abundant and reliable conductivity framework, ensuring fast transport of electrons. As a result, the micrometer-sized ferrosilicon/C anode achieves a stable cycling with 805.9 m Ah g-1 over 200 cycles at 500 mA g-1 and a good rate capability of455.6 mAh g-1 at 10 A g-1. Therefore, our approach based on ferrosilicon provides a new opportunity in fabricating cost-effective, pollution-free, and large-scale Si electrode materials for high energy lithium-ion batteries.

关键词： Ferrosilicon Multi-layered carbon nanosheets Micrometer-sized Si Material structural design Anode Lithium-ion batteries

New Insight on Graphite Anode Degradation Induced by Li-Plating

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Energy & Environmental Materials 2022年第3期5卷 872-876页

作者： Yongchuang Xiong Yan Liu Long Chen songtong zhang Xiayu Zhu Tengteng Shen Dongsheng Ren Xiangming He Jingyi Qiu Li Wang Qiao Hu Hao zhang Research Institute of Chemical Defense Beijing 100191China Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering Institute of Advanced Materials and TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing 100083China State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy Tsinghua UniversityBeijing 100084China Institute of Nuclear and New Energy Technology Tsinghua UniversityBeijing 100084China

Graphite is the dominant anode material for lithium-ion batteries;however,it still suffers from Li-plating when charging fast or at low temperature,and Liplating is associated with performance fading and safety ***,we clarify the mechanism of lithium evolution from graphite particles by overlithiation cycle test,in-situ XRD,and titration gas *** observe that the graphite intercalation compounds(GICs,LiC_(12) and LiC_(6)e.g.)gradually become inactive and wrapped by dead lithium or side reaction sediments,while the rate of this degradation will be accelerated as the overpotential of Liplating is decreased after initial Li metal *** understanding is contradictory to the popular one that the degradation of graphite anode after Li plating is mainly caused by the inferior SEI and dead Li induced hindering of Li-ion *** isolation of lithiated graphite particles leading to the fast vanishing of Li insertion/deintercalation process in graphite *** further study the insertion/deintercalation vanishing process at low temperature and high rates,*** work provides a insight on graphite anode degradation induced by Li-plating,and the new understanding can be used to guide the design of advanced materials and electrodes to avoid Li-plating and achieve extreme fast while safe charging.

关键词： degradation graphite Li plating lithium-ion battery over-lithiation

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锂合金电极材料的研究进展分析

中国材料进展 2021年第8期40卷 573-586页

作者：牟粤邱景义杨晓飞张婷婷张松通明海军事科学院防化研究院先进化学蓄电技术与材料北京市重点实验室北京100191 北京化工大学化学工程学院北京100029

随着固态电池、无负极高比能电池、锂基新型电池如锂-氧/锂-硫电池体系、高比能量锂一次电池的发展,锂金属电极材料的研究已经从将其单纯作为液态电池的参比或对电极材料,慢慢地转变为作为更重要的高比容量负极材料,但考虑到锂的安全性... 详细信息

随着固态电池、无负极高比能电池、锂基新型电池如锂-氧/锂-硫电池体系、高比能量锂一次电池的发展,锂金属电极材料的研究已经从将其单纯作为液态电池的参比或对电极材料,慢慢地转变为作为更重要的高比容量负极材料,但考虑到锂的安全性以及其自身的体积效应,安全性更高的锂合金电极材料的研究逐渐成为高性能储能器件构筑设计与研究关注的重点。主要基于锂合金电极材料,对近期相关电极材料在锂离子电池、锂空气电池、锂-硫等液/聚合物/固态电池领域的研究进展进行了梳理,比较了各类锂合金材料的优、劣势,以期为相关电极材料的下一步发展提供参考,也为新型高比能量、长循环寿命的储能体系的原理探索与设计提供科学借鉴。

关键词：锂金属合金材料负极锂电池高比容量

锂离子电池正极材料本体结构演变及界面行为研究方法

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储能科学与技术 2021年第1期10卷 7-26页

作者：牟粤杜韫明海张松通邱景义军事科学院防化研究院先进化学蓄电技术与材料北京市重点实验室北京100191 中央军委后勤保障部军需能源局北京100038

储能需求的不断增加,要求储能设备拥有更大的容量,而锂离子电池则在储能领域被寄予厚望。正极材料的结构稳定性及储锂电压直接决定了电池的比能量和比功率,其研究一直是锂离子电池研究的核心问题,近些年引起了人们的广泛关注,尤其是材... 详细信息

储能需求的不断增加,要求储能设备拥有更大的容量,而锂离子电池则在储能领域被寄予厚望。正极材料的结构稳定性及储锂电压直接决定了电池的比能量和比功率,其研究一直是锂离子电池研究的核心问题,近些年引起了人们的广泛关注,尤其是材料的结构和电化学行为的实时-原位表征研究对开发和设计性能更为优异的材料有极大的促进作用。对正极材料而言,我们希望获得微观结构形态、化学组分、离子价态变化、外观形貌、离子输运和电子迁移等特性信息以便于进行更为有效的材料制备、结构设计和改性预处理。本综述对表征方法的原理、表征技术使用的场景和相对应的信息等都做了一定的阐述,同时列举了近年来相关技术在锂离子电池正极材料研究中的一些应用。最后则对比讨论了当前表征技术的优缺点,说明了其在研究工作中面临的主要挑战。因此,本文总结了当前对正极材料的结构以及表-界面行为表征常用的技术,包括显微成像、结构与物相、组分与化学价态、成键与官能团的表征,为促进不同的表征技术联用和材料系统分析提供参考借鉴。

关键词：锂离子电池正极材料原位表征表-界面反应电化学

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化学电源内阻测量及状态监测策略分析研究

储能科学与技术 2024年第10期13卷 3400-3422页

作者：蒋杭廷张倩倩张松通祝夏雨孟闻捷邱景义明海北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 军事科学院防化研究院北京100191

内阻是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数之一,是衡量电子和离子在电极内迁移或扩散难易程度的主要标志,其测量时的准确度易受到测量温度和压力等环境变量的影响,准确检测化学电源内阻对提高电池管理的精度具有指导意义。面对当... 详细信息

内阻是表征电池寿命以及电池运行状态的重要参数之一,是衡量电子和离子在电极内迁移或扩散难易程度的主要标志,其测量时的准确度易受到测量温度和压力等环境变量的影响,准确检测化学电源内阻对提高电池管理的精度具有指导意义。面对当前内阻测量变量多、误差大和应用单一等问题,本文梳理分析了近年来混合脉冲功率特性法、直流内阻测试法、交流注入法、直流放电法和电化学阻抗谱法这五种典型锂离子电池内阻测量方法的相关研究工作,重点介绍了内阻受内外环境的具体影响,创新性地引入了内阻和电池寿命、电池状态以及电池安全预警之间的关系,为提高化学电源性能评估的准确性、预测化学电源寿命和优化化学电源使用提供了解决方案,最后对内阻的测量方法和机器学习模型的改进策略进行了研判和讨论,提出了内阻测量需要达到测试时间短、测试一致性好和精度高的量化评价指标,有望持续丰富内阻测量方法及其应用,从而进一步推动化学电源内阻的精准测量以及对电池模组的状态监控与分析,为提高各类化学电源内阻的测量精确度提供新的思路和方法借鉴。

关键词：交流阻抗直流阻抗电池寿命预测健康状态机器学习

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储能用LiFePO_(4)锂离子电池过放电失效分析

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电池 2024年第4期54卷 492-496页

作者：顾昊张松通胡海良祝夏雨明海贵州民族大学化学工程学院贵州贵阳550025 防化研究院北京100191

过放电失效行为与电池的安全性能密切相关。为提升储能电站的安全性,对磷酸铁锂锂离子电池组(18并)开展研究。模组中如果有1只电池发生热失控,与之相邻的电池会因过放电导致电压均下降至0 V,体积鼓胀,但未发生热失控。X射线计算机断层扫... 详细信息

过放电失效行为与电池的安全性能密切相关。为提升储能电站的安全性,对磷酸铁锂锂离子电池组(18并)开展研究。模组中如果有1只电池发生热失控,与之相邻的电池会因过放电导致电压均下降至0 V,体积鼓胀,但未发生热失控。X射线计算机断层扫描(XCT)测试结果表明,相邻电芯本体发生明显变形,呈现高低不平的状态,局部区域的极片分离严重,电芯顶部正、负极集流体出现一定的错位。拆解发现,负极两侧活性物质基本完全脱落,剥离后的铜箔局部区域有严重的“灼烧”点。SEM和能量色散谱结果显示:正极表面异常区域存在较高含量的铜元素,且表面覆盖有沉积物,主要为铜离子的堆积物;负极表面异常区域沉积物更明显,主要为锂盐的沉积物;隔膜异常区域表面存在大量的脱落电极材料,隔膜孔隙结构已被完全堵塞。

关键词：磷酸铁锂(LiFePO_(4)) 储能锂离子电池过放电失效变形

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预锂化技术在能源存储中的应用

储能科学与技术 2017年第2期6卷 223-236页

作者：明海明军邱景义张文峰张松通曹高萍防化研究院北京100191 先进化学蓄电技术与材料北京市重点实验室防化研究院北京100191 阿卜杜拉国王科技大学沙特阿拉伯稀土资源利用国家重点实验室中国科学院长春应用化学研究所吉林长春130022

简述了预锂化技术在锂离子、锂硫/锂空气、锂离子电容器及相关能源存储技术中的最新研究进展。预锂化技术主要包括原位掺杂、接触反应、电化学和化学锂化等。该方法可改善锂离子电池高比容负极材料的首次不可逆容量、锂硫/空气电池负极... 详细信息

简述了预锂化技术在锂离子、锂硫/锂空气、锂离子电容器及相关能源存储技术中的最新研究进展。预锂化技术主要包括原位掺杂、接触反应、电化学和化学锂化等。该方法可改善锂离子电池高比容负极材料的首次不可逆容量、锂硫/空气电池负极的锂损耗和安全性、锂离子电容器负极的锂补偿等问题,提升能源存储系统的性能。然而,预锂化后电极表面的固体电解质界面膜形成、枝晶生长、电解液分解以及电极内部热效应等关键问题对系统的能量/功率密度、寿命和安全性能也有重要的影响。只有充分认识和了解上述相互作用机制,并实现预锂化过程的简化与锂化程度的精准控制,才能确保预锂化电极技术的大规模使用。因此,系统地分析梳理预锂化技术在能源存储技术中的应用情况,有助于全面认知预锂化技术的发展、研究和应用现状,也可为相应及其它相关电源体系(钠电池等)的进一步发展提供科学参考和理论依据。

关键词：预锂化锂离子电池锂硫电池锂空气电池锂离子电容器

新型锂盐氟代磺酰亚胺锂电解液对锂离子电池性能的影响

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储能科学与技术 2017年第1期6卷 101-107页

作者：李萌邱景义张松通余仲宝饶蕾廖红英中国人民解放军防化研究院北京100191 先进化学蓄电技术与材料北京市重点实验室北京100191 广东产品质量监督检验研究院广东广州510330 北京化学试剂所北京102607

采用新型锂盐双(氟代磺酰)亚胺锂(Li FSI)代替六氟磷酸锂(Li PF_6)作为锂离子电池的电解液锂盐,配制不同浓度的Li FSI/EC+EMC+DMC(质量比1∶1∶1)电解液,用循环伏安、电化学阻抗(EIS)、恒流充放电等实验并结合Li^+迁移数、电导率和黏度... 详细信息

采用新型锂盐双(氟代磺酰)亚胺锂(Li FSI)代替六氟磷酸锂(Li PF_6)作为锂离子电池的电解液锂盐,配制不同浓度的Li FSI/EC+EMC+DMC(质量比1∶1∶1)电解液,用循环伏安、电化学阻抗(EIS)、恒流充放电等实验并结合Li^+迁移数、电导率和黏度等物化参数的测试,研究新型锂盐浓度和电解液物化参数对电池倍率性能的影响。结果表明与同浓度的Li PF_6电解液相比,Li FSI电解液具有更高的离子传导能力和电导率及锂离子迁移数;在0.8~1.6 mol/L的浓度范围内,含Li FSI电解液的电池相对含Li PF_6电解液的电池表现出更好的电化学性能,更适用于高性能锂离子电池;1.2 mol/L为Li FSI电解液的最优浓度,此时其电导率和锂离子迁移数均达到最大值(κ=12.39 ms/cm,t_+=0.6327),制备的锂离子电池电化学阻抗最小,倍率性能最佳。

关键词： LiFSI 锂盐浓度 Li^+迁移数电导率锂离子电池

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军用便携式机械能发电技术

国防科技 2024年第4期45卷 34-42页

作者：张松通顾昊胡海良明海军事科学院防化研究院北京100191 贵州民族大学化学工程学院贵州贵阳550025

鉴于便携式机械能发供电技术可从多维度丰富战场电能源保障方式,聚焦机械外骨骼发电、摩擦发电、压电发电和手摇发电机(微型电机)等便携式机械能发电技术,分析比较各发电技术的原理及其衍生的前沿技术或装备成品在军事上的应用效能和发... 详细信息

鉴于便携式机械能发供电技术可从多维度丰富战场电能源保障方式,聚焦机械外骨骼发电、摩擦发电、压电发电和手摇发电机(微型电机)等便携式机械能发电技术,分析比较各发电技术的原理及其衍生的前沿技术或装备成品在军事上的应用效能和发展前景。机械外骨骼可为士兵系统提供稳定电源,延长作战续航时间;摩擦发电可为通信和导航设备充电,增强士兵战场感知能力;压电技术嵌入军服可为泛在传感器和医疗监测设备供电,提升士兵生存能力;手摇发电机可用于紧急情况中关键设备的应急供电。由此,提出后续应从泛在能量收集、能量高效存储和电源管理系统的集成设计方面提升便携式机械能发电装置的性能,也可将其与物理或化学电源进行灵活组装以获得供电能力更高、适应性更强、可靠性和安全性更好的供电体系。总体而言,这些技术应结合装备和设施供电能力需求等来考虑技术可行性、可靠性和安全性,以确保在实战中发挥最大效益。

关键词：便携式装备机械外骨骼摩擦发电技术压电陶瓷手摇发电机

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高功率化学电源体系发展及军事应用分析

储能科学与技术 2024年第2期13卷 436-461页

作者：李珂郝奕帆方振华王静张松通祝夏雨邱景义明海燕山大学环境与化学工程学院河北秦皇岛066004 轻工业化学电源研究所江苏苏州215600 军事科学院防化研究院北京100191

在全面电动化的背景下,各类电子产品应用的时空域快速转变对所配备的电池供电能力提出了更为苛刻的工况和环境适应要求,亟待发展充电时间短、小体积大电流输出的电源系统。本综述对近年来受到广泛关注的高功率化学电源体系在大倍率充放... 详细信息

在全面电动化的背景下,各类电子产品应用的时空域快速转变对所配备的电池供电能力提出了更为苛刻的工况和环境适应要求,亟待发展充电时间短、小体积大电流输出的电源系统。本综述对近年来受到广泛关注的高功率化学电源体系在大倍率充放电领域的进展进行了梳理,包括锂离子电池、钠离子电池、赝电容电容器、离子型电容器(锂/钠/钾离子等)、铅炭电池等,分别从电极材料、电解质调控和电池结构等角度出发,重点分析了当前影响各电源体系在其功率性能方面的发展瓶颈、能力水平以及亟待突破的关键技术,并对其在低温启动、动力供电和脉冲响应等军事应用领域及所增益效能进行了分析研究。综合分析表明,针对不同的应用场景,为进一步遴选性能更好、更匹配的化学电源体系服务于装备的迭代升级和应用创新,通过构筑高稳定性和导电性的电极材料,宽温域、高电导率的电解质材料和改良电池结构从而减小内阻的途径,显著提升功率性能,并明确提出高功率电池存在最佳工作区间和最优工作策略的问题,尤其是在大电流充放电和脉冲工况下,这对于后续如何根据实际工况用好电池具有借鉴意义。有望在提升各化学电源体系的功率性能的同时,以最佳的系统管控方法和应用策略进一步提升电池的循环寿命、能量转换效率、安全性和可靠性,获得满足市场所需和军民急用的高功率电源产品。

关键词：高功率锂离子电池钠离子电池电容器铅炭电池军事应用

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