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锂离子电池热模型研究进展

中国有色金属学报 2023年第3期33卷 817-828页

作者：张杭云凤玲沈雪玲崔义闫坤方彦彦国联汽车动力电池研究院有限责任公司北京101407

锂离子电池因其电压高、比容量大和循环寿命长的特点,是目前应用较为广泛的动力与储能电源。研究锂离子电池的温升规律等热特性,不仅有助于指导电池管理系统的设计与优化,还有助于改善和提升锂离子电池的热安全性。热模型能够全面、系... 详细信息

锂离子电池因其电压高、比容量大和循环寿命长的特点,是目前应用较为广泛的动力与储能电源。研究锂离子电池的温升规律等热特性,不仅有助于指导电池管理系统的设计与优化,还有助于改善和提升锂离子电池的热安全性。热模型能够全面、系统地捕捉锂离子电池在工作过程中的温度和其他热特性参数的动态变化,为解析生热、传热和热失控触发机制提供重要信息,是研究锂离子电池热特性的重要工具。本文根据研究目的、建模原理和应用场景,将锂离子电池热模型分为非耦合热模型、耦合热模型和热滥用模型,并对其基本理论和方法进行了分析归纳,最后对锂离子电池热模型的发展方向包括模型验证、模型参数获取、模拟工况等方面进行了展望。

关键词：锂离子电池热模型数值模拟温度热失控

原料配比及热处理温度对磷酸亚铁锂材料性能的影响

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稀有金属 2020年第12期44卷 1333-1338页

作者：王帆张洪坤樊腾飞刘丙学张向军国联汽车动力电池研究院有限责任公司北京100088

采用碳热还原法制备LiFePO_(4)材料,系统研究了Li∶Fe摩尔配比及合成温度对磷酸亚铁锂材料的物化特征和电化学性能的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、及电化学方法对材料的形貌、一次颗粒粒度、物相结构和电化学性能进... 详细信息

采用碳热还原法制备LiFePO_(4)材料,系统研究了Li∶Fe摩尔配比及合成温度对磷酸亚铁锂材料的物化特征和电化学性能的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、及电化学方法对材料的形貌、一次颗粒粒度、物相结构和电化学性能进行了表征。研究结果表明,当Li∶Fe为1.01,1.02,1.03,1.04(摩尔比)时,在煅烧温度为700℃下,合成的磷酸亚铁锂材料一次颗粒粒度随Li过量程度的降低而逐渐长大,颗粒烧结融合程度逐渐显著,材料倍率性能趋于劣化,配比为1.01材料一次颗粒粒度较1.04材料增大约45%,5.0C放电比容量降低约15 mAh·g^(-1)。在700~800℃温度区间内,磷酸亚铁锂一次颗粒粒径随煅烧温度升高相应增大,而倍率性能逐渐降低,800℃时,磷酸亚铁锂材料一次颗粒异常长大,电化学性能急剧下降,5.0C放电比容量较合成温度为700℃的材料降低25 mAh·g^(-1)。

关键词： LiFePO4 Li/Fe摩尔比温度一致性

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退役动力电池中磷酸铁锂的回收再生研究进展

稀有金属 2022年第2期46卷 254-264页

作者：柏祥涛胡易琛庄卫东国联汽车动力电池研究院有限责任公司北京101407 北京有色金属研究总院北京100088

随着新能源汽车产业的持续发展,动力电池将会逐步达到寿命周期而退役,首先退役的主要是早期投入市场的磷酸铁锂电池。对磷酸铁锂正极材料的回收可分为资源化回收和再生回收两种,围绕这两个方向科学家开展了大量的研究。本文首先对Li,Fe... 详细信息

随着新能源汽车产业的持续发展,动力电池将会逐步达到寿命周期而退役,首先退役的主要是早期投入市场的磷酸铁锂电池。对磷酸铁锂正极材料的回收可分为资源化回收和再生回收两种,围绕这两个方向科学家开展了大量的研究。本文首先对Li,Fe的资源化回收进行总结,从回收体系对回收效率影响的角度对文献进行分析,并指出了资源化回收存在的不足。研究显示,磷酸铁锂晶体结构十分稳定,通过简单热处理即能修复其失效结构。因此,本文对磷酸铁锂材料的修复再生技术研究进展进行了详细总结,主要从直接再生、补锂再生、提纯得到磷酸铁后再生等方面进行分析,介绍了各项技术的最新研究进展。此外,本文还介绍了一些新型回收技术,如无毒无害溶剂的使用、混合正极的选择性剥离、生物回收技术等。通过以上对磷酸铁锂材料回收和再生研究进展的系统总结,对退役磷酸铁锂电池回收的未来发展方向做出展望。

关键词：退役动力电池磷酸铁锂再生

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导电剂形貌对硅碳负极电化学性能的影响

稀有金属 2016年第10期40卷 1029-1037页

作者：闫坤杨娟玉于冰余章龙史碧梦国联汽车动力电池研究院有限责任公司北京100088

除了材料自身改性研究外,应用研究也是高容量硅碳复合材料的研究重点。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了硅碳复合材料和导电剂的形貌特征,以电化学方法研究了3种不同形貌的复合导电剂(片状与小颗粒... 详细信息

除了材料自身改性研究外,应用研究也是高容量硅碳复合材料的研究重点。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了硅碳复合材料和导电剂的形貌特征,以电化学方法研究了3种不同形貌的复合导电剂(片状与小颗粒、类球形与小颗粒、纤维状与小颗粒)对硅碳电极的电化学性能的影响。结果表明,形貌和颗粒大小与活性材料本身差异较大的导电添加剂有利于改善电极导电性,提升电极循环性能。气相生长炭纤维和炭黑颗粒在电极的表面和截面分散均匀,组成三维导电网络。气相生长炭纤维和炭黑颗粒的协同作用有利于改善硅/石墨电极的循环性能。硅碳电极20周(电流密度0.15 m A·cm^(-2))的容量保持率增加了8%,较大电流密度下(0.75m A·cm^(-2))其容量保持率由78%提高到90%。类球形石墨-炭黑颗粒复合导电剂使得Si/C电极的首次库仑效率提高到82%以上。

关键词：导电剂形貌锂离子电池硅碳复合材料电化学性能

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高功率型锂离子电池正极材料性能研究

稀有金属 2023年第12期47卷 1756-1764页

作者：陈佳兴苏子龙赵挺蒲刚刚李昂王略国联汽车动力电池研究院有限责任公司北京101407

对材料A(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2))、材料B(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2))、材料C(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2))和材料D(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2))4种功率型正极材料的理化性能(晶体结构、晶粒形貌、粒径分布、比表面积、元素含量、残留碱含量、水含量)和电化学性能(首次充放电性能、倍率充放电性能)进行对比分析。结果表明:材料A层状结构良好、结晶性良好,二次颗粒呈球形,且粒度适中,样品累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径(D_(50))为5.76μm,使用了Mg-Al复合改性策略。电化学性能测试结果表明:材料A的倍率性能和充放电性能明显优于其他3种材料,在极片压实密度分别为2.5,3.0和3.5 g·cm^(-3)时,其3C相对于0.1C倍率放电保持率分别为84.77%,83.34%和84.15%,3C相对于0.1C倍率充电保持率分别为88.78%,86.08%和88.48%;在最优极片压实密度为2.5 g·cm^(-3)时,其在0.1C倍率下,2.5~4.3 V电压区间内首周放电克容量为175.3 mAh·g^(-1),首周充放电效率为92.2%。将材料A作为正极活性材料,2.5 g·cm^(-3)作为压实密度,组装成5.5 Ah软包型锂离子电池,其10C,20C,30C和40C放电相对于1C放电的容量保持率分别为90.71%,89.26%,89%和89.15%,其10C,25C和30C恒流充电容量相对于1C恒流容量充入比分别为93.27%,85.35%和83.33%,表现出优异的倍率充放电性能。

关键词：高功率锂离子电池正极材料理化性能电化学性能压实密度

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固态电池中的正极/电解质界面性质研究进展

材料工程 2022年第11期50卷 46-62页

作者：张安邦汪晨阳赵尚骞常增花王建涛有研科技集团有限公司国家动力电池创新中心北京100088 国联汽车动力电池研究院有限责任公司北京100088 北京有色金属研究总院北京100088

锂离子电池是便携式电子产品、电动汽车和智能电网的理想电源。目前使用有机液体电解质的锂离子电池仍然存在安全问题和寿命不足的问题,而使用不燃的固态电解质的固态电池有望解决这些问题。从原理上讲,不燃的固体电解质可以从根本上防... 详细信息

锂离子电池是便携式电子产品、电动汽车和智能电网的理想电源。目前使用有机液体电解质的锂离子电池仍然存在安全问题和寿命不足的问题,而使用不燃的固态电解质的固态电池有望解决这些问题。从原理上讲,不燃的固体电解质可以从根本上防止电池的燃烧和爆炸,并且只允许锂离子在固体电解质中传输,可以减少副反应的发生。近年来,随着几种高离子电导率的固态电解质的出现,锂离子在固态电解质中的传输不再是瓶颈。然而,固态电池中各种固态成分具有不同的化学/物理/力学性能,因此在固态电池中存在多种类型的界面,包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应界面等,这些都可能增加界面离子传输阻力。而正极材料与电解质之间的界面反应尤其复杂,深入理解这些复杂的正极侧界面及其反应特点是实现实用高比能固态电池的必要条件。因此,本文主要回顾了近年来在探索和理解正极/电解质界面上的工作,总结了固态电池中典型的正极侧界面类型及其各自独特的反应特征。

关键词：固态电池正极/电解质界面化学稳定性电化学稳定性界面改性

锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展

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材料工程 2022年第1期50卷 67-79页

作者：汪晨阳张安邦常增花吴帅锦刘智庞静有研科技集团有限公司国家动力电池创新中心北京100088 国联汽车动力电池研究院有限责任公司北京100088 北京有色金属研究总院北京100088

随着人们对锂离子电池需求的日益增加,高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度,除此以外,孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定... 详细信息

随着人们对锂离子电池需求的日益增加,高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度,除此以外,孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定电极及电池性能的关键因素。通过优化电极结构设计提升高比能电池的性能逐渐成为人们关注的焦点。本文综述了锂离子电池多孔电极结构设计优化的研究进展,总结了多孔电极结构设计要素及制备方法,最后对电极结构设计优化以及推动新型制备技术的规模化应用在高比能锂离子电池领域的未来发展前景进行展望。

关键词：锂离子电池电极结构孔隙率曲折度

基于高镍三元材料锂离子动力电池在循环前后的热特性分析

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稀有金属 2018年第2期42卷 182-190页

作者：云凤玲卢世刚北京有色金属研究总院国联汽车动力电池研究院有限责任公司

为明确循环后高比能Li[Ni0.7Co0.15Mn0.15]O2/graphite锂离子动力电池的温度特性及产热机制。研究了循环前后电池的倍率放电性能和温度特性,并对比分析了循环前后影响电池产热的关键因素,即可逆反应热（熵热系数）和不可逆阻抗热（过电... 详细信息

为明确循环后高比能Li[Ni0.7Co0.15Mn0.15]O2/graphite锂离子动力电池的温度特性及产热机制。研究了循环前后电池的倍率放电性能和温度特性,并对比分析了循环前后影响电池产热的关键因素,即可逆反应热（熵热系数）和不可逆阻抗热（过电压）的变化。结果表明：与循环前电池的放电性能相比,循环后的电池放电容量和放电电压下降,放电初期电压下降显著,倍率放电性能变差;放电过程中温度的增加明显高于循环前电池,且温度的升高主要是放电初始阶段温度的升高;对比循环前后电池表面温度分布发现,放电初期循环前电池表面温度正极较高,循环后电池表面温度负极较高,放电结束时均为中心区域温度最高;电池的温度变化源于电池的可逆反应热和不可逆阻抗热,循环前后电池的可逆反应热变化不大,循环后电池在放电过程中温度显著增加的主要原因是由于放电初始阶段不可逆阻抗热的显著增大所造成的。

关键词：锂离子动力电池循环前后温升可逆反应热不可逆阻抗热

FEC作为高压电解液溶剂对富锂材料性能的影响

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稀有金属 2018年第10期42卷 1077-1083页

作者：赵金玲王建涛常增花卢世刚北京有色金属研究总院国联汽车动力电池研究院有限责任公司

在传统碳酸酯电解液中添加氟代碳酸乙烯酯（FEC）可提高电解液的氧化分解电位，从而在高于4．5V（VS．Li／Li＋）电压下减少电解液溶剂的分解。用FEC部分或全部取代传统电解液中的碳酸乙烯酯（EC）溶剂，研究4．7V（vs．Li／Li＋）高电... 详细信息

在传统碳酸酯电解液中添加氟代碳酸乙烯酯（FEC）可提高电解液的氧化分解电位，从而在高于4．5V（VS．Li／Li＋）电压下减少电解液溶剂的分解。用FEC部分或全部取代传统电解液中的碳酸乙烯酯（EC）溶剂，研究4．7V（vs．Li／Li＋）高电压下FEC对Li1．18Mn052Co0.15Ni0.15O2电化学性能的影响。结果表明，FEC的加入提高了Li1．18Mn052Co0.15Ni0.15O2电极的首次放电比容量及循环性能，且循环稳定性随FEC量的增加而变高，EC被FEC（33．33％，质量分数）全部取代EC时电化学性能最佳；循环100周时，FEC为33．33％的电解液中Li1.18Mn0.52Co0.15Ni0.15O2电极的比容量为200．5mAh·g^-1，容量保持率为85．72％，而传统电解液中Li1．18Mn052Co0.15Ni0.15O2电极的比容量在60周时衰减至115．0mAh·g^-1，容量保持率仅为49．89％。aQ／dV曲线表明，随FEC取代量的增加，循环过程中产生的电化学极化越小。x射线衍射（XRD）结果表明，在循环过程中，由于FEC的加入缓减了Li1．18Mn052Co0.15Ni0.15O2结构的变化，且FEC全部取代EC时效果最佳。

关键词：锂离子电池高压电解液富锂锰基材料氟代碳酸乙烯酯