成膜添加剂对硅碳体系高温性能的影响

选用丙烯基-1,3-磺酸内酯(PST)与甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)作为硅碳负极体系电解液的添加剂,重点论证了两种添加剂对该体系高温性能的影响。采用DFT密度泛函理论计算了两种添加剂的成膜性,实验结果表明：丙烯基-1,3-磺酸内酯(PST)添加剂的使用具有更加优异的成膜性,使其具有相对添加剂甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)更优异的高温循环与存储性能。甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)的使用不利于高温循环性能的提升。但丙烯基-1,3-磺酸内酯(PST)与甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)添加的使用都可以降低电池的ACIR与DCIR的增长率,抑制电池的热膨胀率与冷膨胀率,提高电池的容量保持率与容量恢复率,显著提升硅碳体系电池的高温存储性能。     

二次锌-空气电池锌负极研究

为了开发可充电式锌-空气电池,研究了二次锌负极。以制备的亚氧化钛作为添加剂,考察其对电池性能的影响。通过阳极极化曲线、交流阻抗图谱研究了添加一定量亚氧化钛对锌-空气电池充放电性能、循环寿命等的影响。实验表明:锌-空气电池锌负极中添加适量亚氧化钛可以减缓锌负极的形变,并且可以显著提高锌负极的循环寿命。     

硅/碳复合负极材料在18650型锂离子电池中的应用

在研究硅/碳复合负极材料和人造石墨负极材料混合负极的比容量与电极膨胀率之间的变化关系的基础上,通过配方优化,成功制作了硅/碳复合负极材料与人造石墨负极材料混合负极的18650型锂离子电池。采用扫描电子显微镜法(SEM)、电化学交流阻抗频谱(EIS)等技术,分析了循环前后负极的变化,研究了氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂对电池性能的影响。结果表明:FEC加入量较高时,可与硅负极材料形成更加稳定的SEI膜,抑制负极材料的粉化,电池180次循环后,容量保持率达到71.3%,循环性能得到显著提高。     

锂离子电池用硅基复合负极材料的性能研究

选用比容量较高的氧化亚硅材料配合石墨作为负极,考察氧化亚硅含量对材料电化学性能及其表面成膜和形貌的影响。实验结果表明:增大氧化亚硅含量可有效提高材料的比容量,但其表面较难形成稳定的SEI膜,不可逆损失增大;5%氧化亚硅的LFP/SiO-C软包电池采用较小的充电电流进行循环测试,负极嵌锂过程减缓,可以有效改善SEI膜生成状况,电池经100次循环,膨胀率为102.7%,150次循环时,其容量保持率可达88.27%。     

电解液添加剂在硅碳负极体系中作用机理研究

选用比容量较高的氧化亚硅-石墨材料作为负极,考察不同电解液添加剂在其表面上的成膜作用及机理。实验结果表明:在石墨负极中加入质量分数5%的SiO,实际比容量可以达到395.73 mAh/g。LiPO_2F_2+FEC的添加剂组合可以将电池首次库仑效率提高至89.21%。其中LiPO_2F_2的成膜电位最小,可以在2.4 V即发生成膜反应。LiPO_2F_2+FEC的添加剂组合可以有效地改善硅碳负极的循环性能,在200次循环后容量保持率可以达到90.29%。     

粘结剂含量对硅基负极材料循环性能的影响

通过优化粘结剂在锂离子电池电极中的质量分数,使纳米硅作为锂离子电池负极材料的可逆比容量和循环寿命达到最优。电化学性能测试采用双电极扣式电池进行,实验结果表明:当粘结剂的质量分数为20%和导电剂的质量分数为10%时,以纳米硅为负极材料的锂离子电池可逆比容量达到1 440 m Ah/g,首次库仑效率为47.9%,5次循环后容量保持率为14%。     

硅负极的应用技术研究进展

硅因具有最高的理论储锂容量而成为高能量密度锂离子电池的首选负极,然而其低的循环寿命严重阻碍了其商业化应用。硅负极低的循环寿命源于其在充放电过程中存在巨大体积膨胀。硅负极的体积膨胀使得硅颗粒和电极的机械稳定性、活性颗粒之间的电接触以及SEI膜的稳定性变差。为了提高其循环稳定性改变这种不利因素,研究者们在极片的制备工艺、电解液的选择以及电池的设计方面做了许多努力,并取得了一定的成效。对上述研究工作进行了综述,以期为硅负极的实用化进程提供可行的技术思路。     

高炭负极铅酸动力电池的深循环寿命研究

研究了不同炭材料对小型电动车用铅酸动力电池的性能和循环寿命的影响。结果表明,在负极中添加某些较高含量和合适比例的炭材料,可改善电池的充电接受能力和减缓炭对析氢失水的不利影响,提高电池的容量充电效率,从而有效地延长了电池的深循环寿命。在100%DoD(2小时率)深充放条件下,采用高炭负极的12 Ah电池的循环寿命达到712次。     

黏结剂对锂离子电池负极膨胀的影响

以LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2软包锂离子电池为平台,研究不同黏结剂丁苯橡胶(SBR)及含量对负极膨胀、循环寿命的影响。不同处理对SBR机械性能、负极极片膨胀率以及循环性能有重要影响,经羟基化处理的SBR弹性模量和机械强度均增大;负极膨胀率降低,循环100次后满电态膨胀率由30.5%(未经处理SBR)降至24.0%,卷芯变形量变小,使得电池的循环寿命得到提升。SBR含量减少,极片辊压时所受压力越小,负极极片前期的物理搁置、循环前电化学膨胀率均降低(满电态膨胀率由21.0%降至17.5%),但循环100次的满电态膨胀率不变。     

羧甲基纤维钠在硅基锂离子电池中的应用

硅基负极材料的理论比容量远高于目前其他所有的负极材料,但由于自身体积效应导致锂离子电池循环性能降低,从而限制了其实际应用。除了从改性负极材料入手外,粘结剂的选取和改性成了改善硅基负极锂离子电池电化学性能的有效途径之一。水基羧甲基纤维素钠(CMC)是目前在硅基负极锂离子电池中研究较多的一种粘结剂。对羧甲基纤维素钠(CMC)在硅基锂离子电池中的作用机理及主要工作进行了综述。     

LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/Si-C软包装电池循环失效分析

以LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)/硅-石墨(Si-C)软包装电池作为研究对象,通过平均电压、dQ/dU曲线、SEM、透射电子显微镜(TEM)、XRD和X射线能谱仪(EDS)等方法,研究软包装电池常温循环失效的原因.NCM622/Si-C软包装电池以1 C在3.0～4.3 V循环300次,容量保持率为79.1％,循环过程中电池整体厚度逐渐增大,全荷电态下循环300次,厚度较循环前增加11.25％,主要由负极膨胀引起.在循环过程中,NCM622正极材料晶体结构保持完整,但有活性物质颗粒出现微裂纹;Si-C负极嵌锂膨胀、脱锂收缩,使硅颗粒破碎,负极材料表面固体电解质相界面(SEI)膜不断修复生长,从而消耗可逆的活性锂,这是电池循环容量衰减的主要原因.     

一种Ag掺杂的石墨烯锂金属负极三维集流体

锂金属负极在循环过程中会产生锂枝晶生长问题,导致电池循环寿命和库仑效率降低,甚至引起安全问题。锂枝晶生长的主要原因是锂金属负极中锂离子的电化学行为不受控引起的。为了解决这个问题,设计了一种由银(Ag)纳米颗粒、石墨烯和聚偏氟乙烯(PVDF)构成的锂金属负极集流体(GP@Ag)。利用银良好的亲锂特性及石墨烯对电子和锂离子的良好导电性,大大提高锂金属负极的电化学动力学性能。将所设计的集流体用于锂金属电池负极并进行电池性能测试,在1.0 C下循环350次,电池容量保持率可提高到93%,证明GP@Ag能有效抑制锂枝晶的生长,从而大大提高锂电池的循环寿命。     

复合三元电池高温循环性能研究

针对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2(NCM)和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4(LMFP)复合三元电池,从电解液溶剂体系筛选、锂盐研究以及添加剂使用三个方面系统研究了电解液对电池高温性能的影响,通过新型锂盐、添加剂的使用,提升了电池55℃高温循环性能。结果显示:使用DEC代替DMC作为溶剂,降低EMC含量能够有效提升复合三元电池高温性能,高温55℃循环从150次提升至300次;使用1.0 mol/L LiPF_6+0.2 mol/L LiFSI,电池阻抗明显降低,电池高温循环进一步得到提升,55℃循环提升至500次;添加0.5%(质量分数)的LiODFB成膜添加剂时,能够改善负极成膜效果,55℃高温循环提升至700次,当加入过量LiODFB时,电池产生大量CO和CO_2,造成复合三元电池高温循环性能恶化。     

美国斯坦福大学开发类“石榴”结构的锂离子电池

正近日,美国斯坦福大学的研究人员开发出了采用新结构硅作负极的锂离子电池。据悉,研发的灵感源自一种水果——石榴。硅是能量存储器件中一种有吸引力的负极材料,它的理论容量是目前最先进的碳质对等材料的10倍。硅负极既可用在传统锂离子电池中,也可用在新近的Li-O2和Li-S电池中,可替换易形成枝晶的锂金属负极。硅作为电池负极面临的主要挑战有三个:(1)循环期间因硅的体积发生巨大膨胀(~300%)造成结构上的衰降和固体电解质界面膜的不稳定;(2)硅与电解质会发生副反应;(3)当硅的     

激光蚀刻负极片对锂离子电池性能的影响

厚电极技术可以有效提升锂离子电池中正极及负极活性物质的占比，降低隔膜及集流体非活性物质的占比，进而有效提升锂离子电池的能量密度。但锂离子电池电极厚度的增加会导致电荷(电子及离子)传输距离及阻抗增加、负极片动力学恶化，进而严重影响锂离子电池循环寿命。通过激光蚀刻后的负极片，可以增加极片表面的孔隙，并增加石墨颗粒表面的锂离子脱嵌通道，有效改善负极片的动力学性能。与辊压后的负极片形成的锂离子电池相比，激光蚀刻负极片形成的锂离子电池在常温下的循环寿命提升了87%,在45℃下的循环寿命提升了37%。     

三元电池和钛酸锂电池性能失效研究

锂离子电池寿命和安全已引起广泛关注。以25 Ah三元锂离子电池(NCM/C)和4.5 Ah钛酸锂电池(NCM/LTO)为样品,对比分析了这两种正极相似负极不同的电池在高温和低温工况下电池全寿命周期内性能衰退规律。拆解了新电池和循环后的电池,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对电池负极的形貌和界面进行对比;利用气相色谱(GC)分析了电池产气的组分和含量;采用C80微量量热仪对电池负极热学性能进行研究。结果表明,锂离子电池负极界面发生电解液分解的产气副反应是导致电池寿命快速衰退的重要原因;负极表面发生析锂是电池安全性能降低的主要因素。     

三种负极材料添加对铅酸电池循环寿命影响

通过在铅酸电池负极添加1%的碳粉、TiO_2和SiO_2,研究了负极材料添加对铅酸电池循环寿命的影响。结果表明,在负极活性物质添加碳导致化成时间增加。添加碳电极在第一次PSoC循环中比含TiO_2电极表现更加出色。在第二次PSoC循环中含SiO_2电极寿命最低。在第二次PSoC循环中含碳电极没有比含TiO_2电极表现更加出色。添加碳和TiO_2显著增加电极循环寿命。在PSoC循环中,在电极中添加碳和TiO_2具有重要作用,可以获得低的充电电压和降低负极孔隙量级,这些机制改善了电极接受充电电流的能力,限制了硫酸盐晶体的长大。在PSoC循环高电流放电条件下,电池内阻具有重要影响,导致显著的初始电压降和影响电极的循环寿命。     

碳酸乙烯亚乙酯对锂离子电池性能的影响

利用量子化学计算、循环伏安、电化学阻抗及充放电测试等方法,考察了电解液成膜添加剂碳酸乙烯亚乙酯(VEC)对锂离子电池性能的影响.量子化学计算结果表明:VEC具有较低的分子最低空轨道(LUMO)能量值.循环伏安及交流阻抗测试表明:碳酸乙烯亚乙酯的还原电位为1.2 V( vs.Li/Li+),优先于电解液在负极表面发生电化学反应形成电解质相界面(SEI)膜.该膜较稳定,可提高电池的循环性能,并抑制电池气胀.SEI膜阻抗较大,不利于电极的嵌脱锂反应,导致首次充放电容量及效率较低.     

锂离子电池纳米级硅负极的研究进展

硅基材料是新一代高容量锂离子电池负极材料的典型代表,近年来已成为理论和应用研究的热点。纳米硅基负极材料因具有独特的表面效应和尺寸效应等优点,可大大改善硅作为负极时所存在的循环性能,有望解决限制硅负极成为替代商业化石墨负极的瓶颈问题。介绍了近年来纳米级硅负极作为锂离子电池负极材料的最新研究进展,包括纳米硅颗粒、硅纳米线、硅纳米管及纳米硅薄膜,分析了纳米硅作为锂离子电池负极材料存在的问题,总结了纳米级硅作为锂离子电池负极较为可行的研究方法,展望了纳米硅作为高能量密度锂离子电池负极材料的研究前景。     

添加剂PAAS对锌镍电池负极性能的影响

分析了负极中添加聚丙烯酸钠(PAAS)对密封锌镍电池充放电性能及内阻的影响。PAAS可分散浆料并提高电极的润湿性,负极浆料的固含量可提高11%。添加PAAS制备的锌镍电池,放电平台电压高达1.670 V,循环寿命延长。当PAAS添加量为0.3%~0.5%时,电池以1.0C在1.400~2.100 V循环,第110次循环的容量保持率高于90%。