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    全固态锂电池技术的研究现状与展望
    许晓雄, 邱志军, 官亦标, 黄祯, 金翼
    储能科学与技术    2013, 2 (4): 331-341.   doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.04.001
    摘要1074)      PDF (3840KB)(3311)   
    现有电化学储能锂离子电池系统采用液体电解质,易泄露,易腐蚀,服役寿命短,具有安全隐患.薄膜型全固态锂电池,大容量聚合物全固态锂电池和大容量无机全固态锂电池是一类以非可燃性固体电解质取代传统锂离子电池中液态电解质,锂离子通过在正负极间嵌入-脱出并与电子发生电荷交换后实现电能与化学能转换的新型高安全性锂二次电池.作者综述了各种全固态锂电池的研究和开发现状,包括固态锂电池的构造,工作原理和性能特征,锂离子固体电解质材料与电极/电解质界面调控,固态整电池技术等方面,提出并详细分析了该技术面临的主要科学与技术问题,最后指出了全固态锂电池技术未来的发展趋势.
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    锂离子电池失效分析概述
    王其钰,王 朔,张杰男,郑杰允,禹习谦,李 泓
    储能科学与技术    2017, 6 (5): 1008-1025.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.00022
    摘要553)      PDF (38291KB)(2635)   
    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。
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    锂电池研究中的EIS实验测量和分析方法
    凌仕刚, 许洁茹, 李泓
    储能科学与技术    2018, 7 (4): 732-749.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0092
    摘要1042)      PDF (23460KB)(2459)   
    电化学阻抗谱是一种重要的电化学测试方法,在电化学领域尤其是锂离子电池领域具有广泛的应用,如电导率、表观化学扩散系数、SEI的生长演变、电荷转移及物质传递过程的动态测量。本文介绍了电化学阻抗谱的基本原理、测试方法、测试注意事项、常用电化学阻抗测量设备及测试流程,并结合实际案例,具体分析了电化学阻抗谱在锂离子电池中的应用。
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    锂离子电池固态电解质界面膜(SEI)的研究进展
    梁大宇, 包婷婷, 高田慧, 张健
    储能科学与技术    2018, 7 (3): 418-423.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0059
    摘要464)      PDF (454KB)(2242)   
    固态电解质界面膜(SEI)是指锂离子电池在首次充电过程中由于电解液被氧化还原分解并沉积在电极材料表面形成的界面膜。具有离子导通、电子绝缘特性的SEI膜是锂离子电池能够长期稳定工作的保障条件,对其容量、倍率、循环、安全性能等都有至关重要的影响。然而由于SEI膜的形成过程非常复杂且表征测试的难度极大,当前对SEI膜的特性认识仍然停留在实验观察和模型猜想的阶段,需要对SEI膜的定量分析和可控优化进行进一步的探究。本文综述了SEI膜的形成过程机理、影响因素、研究思路及其现状,并对未来潜在的研究方向展望如下:研究新型正极材料表面SEI膜的形成机理以及作用;探索功能电解液的配方优化,研究新型溶剂、锂盐或添加剂的成膜机理及作用;采用原位分析或理论计算的方法深入研究SEI膜的化学组成和形貌结构;探索有效的人工SEI膜构建方法并实现SEI膜结构的可控优化。
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    锂离子电池用水性黏结剂的研究进展
    黄书, 任建国, 袁国辉
    储能科学与技术    2016, 5 (2): 129-134.   doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.02.003
    摘要791)      PDF (6826KB)(2176)   
    黏结剂是影响锂离子电池电化学性能的重要组成部分,合适的黏结剂可以提高黏结强度进而降低黏结剂的用量,并提高电化学性能以及一定程度地抑制膨胀,同时水性黏结剂的使用不仅降低成本,更有利于保护环境.本文综述了水性黏结剂在锂离子电池正,负极中的应用,及其良好的电化学性能和广阔的应用前景, 阐述了不同锂离子电池电极黏结剂的特征和优缺点,说明可以代替有机溶剂型黏结剂聚偏氟乙烯的使用,分析了锂离子电池电极黏结剂的未来发展方向.
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    固态锂电池研发愿景和策略
    李 泓1, 2,许晓雄3
    储能科学与技术    2016, 5 (5): 607-614.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0023
    摘要432)      PDF (12899KB)(2116)   
    很多新兴技术领域对可充放电池的能量密度不断提出新的期望和要求,已经远远超过目前电池实际达到的水平。尽早理解如何提高电池的能量密度, 如何兼顾其它综合技术指标的实现,尽早确定较为可行的技术路线,是目前学术界、产业界关心的重要问题。本文作者根据对目前液态锂离子电池和固态金属锂电池的科学与技术研发现状的理解,小结了固态锂电池目前仍需要解决的主要科学与技术问题,并提出了可能的解决方案。从规模制造的角度,比较了四种含有不同形式固体电解质材料电池的特点,预测了固态锂电池的技术路线和实现时间。最后列举了日本、美国、中国政府最近提出的未来可充放电池中长期发展技术目标,分析了固态锂电池实现这些技术指标的可能性并预测了时间节点。
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    锂离子电池高容量硅碳负极材料研究进展
    刘柏男1,徐 泉2,褚 赓1,陆 浩1,殷雅侠2,罗 飞1,郑杰允1,郭玉国2,李 泓1
    储能科学与技术    2016, 5 (4): 417-421.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.04.003
    摘要978)      PDF (7872KB)(2105)   

    纳米硅碳材料主要成分为纳米硅与碳材料,纳米硅具有较小的颗粒尺寸,其储锂容量较高,碳材料具有较高的电子电导,为复合材料提供较好的电子通道;同时将碳与硅材料复合后能缓和硅材料体积形变带来的应力变化;此外,碳作为包覆材料能有效稳定电极材料与电解液的界面,使SEI膜稳定生长。因此,硅碳复合材料有望替代石墨成为下一代高能量密度锂离子电池负极。本文简要介绍了纳米先导专项硅负极研究团队在纳米硅碳材料方面的研究进展。通过持续的研发与技术更新,目前低容量复合材料(380~450 mA·h/g)的反弹系数、效率、压实密度、加工性能皆不亚于目前商品石墨的水平;在高容量及超高容量材料(500~2000 mA·h/g)方面,通过精细的结构设计,循环性能和倍率性能等得到了较大提升。

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    锂电池用全固态聚合物电解质的研究进展
    杜奥冰,柴敬超,张建军,刘志宏,崔光磊
    储能科学与技术    2016, 5 (5): 627-648.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0020
    摘要625)      PDF (24845KB)(2061)   
    目前大规模商业化的锂二次电池普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质,易泄露、易燃烧、易爆炸等安全问题限制了该类电解质的进一步应用。全固态聚合物电解质(all-solid-state polymer electrolytes,ASPEs)电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广、循环寿命长等优点,是锂离子电池领域的研究热点之一。ASPEs通常还具有优异的力学性能,可以很好地抑制锂金属电极在充放电过程中的枝晶生长,所以在锂金属电池领域也具有十分重要的应用前景。作者综述了研究较多的几种ASPEs体系,包括聚氧化乙烯(PEO)基体系、聚碳酸酯基体系、聚硅氧烷基体系、聚合物锂单离子导体体系。PEO基ASPEs是研究最早且研究最多的一类ASPEs材料,但其高结晶性造成室温Li+迁移困难、离子电导率低等问题,所以研究人员研发了一系列降低PEO结晶度、提升体系离子电导率的改性手段。聚碳酸酯基ASPEs主链结构中含有强极性碳酸酯基团而且室温无定形态,使得锂盐更容易解离,且室温离子电导率一般较PEO基要高,是比较有潜力的PEO基ASPEs替代材料。除了碳链聚合物,玻璃化转变温度较低的聚硅氧烷基ASPEs体系也因为其较高的离子电导率受到研究人员关注。在锂电池充放电过程中,Li+才是有效载荷子,电解质中阴离子的迁移会增加电解质体系的浓差极化,所以阴离子不发生迁移、Li+迁移数接近于1的聚合物锂单离子导体也是一类具有研究价值的ASPEs材料。最后,本综述讨论了全固态聚合物电解质的应用前景及未来发展方向,指出了PEO基体系的研究重点在于发展有机-无机复合体系、聚碳酸酯基体系的研究重点在于发展与其它聚合物的共混体系、聚硅氧烷基体系的研究重点在于增强体系力学性能、聚合物锂单离子导体体系的研究重点在于设计离子电导率更高的新型聚阴离子锂盐。
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    全固态锂离子电池关键材料研究进展
    李 杨,丁 飞,桑 林,钟 海,刘兴江
    储能科学与技术    2016, 5 (5): 615-626.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0043
    摘要883)      PDF (16090KB)(1962)   
    全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液,有望从根本上解决电池安全性问题,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。为了实现大容量化和长寿命,从而推进全固态锂离子电池的实用化,电池关键材料的开发和性能的优化刻不容缓,主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态锂离子电池的高能量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。本文以全固态锂离子电池关键材料为出发点,综述了不同类型的固态电解质和正负极材料性能特征以及电极/电解质界面性能的调控和优化方法等,阐述了未来全固态锂离子电池关键材料的发展方向以及界面问题的解决思路,为探索全固态锂离子电池产业化前景奠定基础。
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    锂电池基础科学问题(III)----相图与相变
    高健, 吕迎春, 李泓
    储能科学与技术    2013, 2 (3): 250-266.   doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2013.03.010
    摘要436)      PDF (4390KB)(1845)   
    相变是电池材料基础研究中的重要问题.对材料相变的准确认识,有利于合成制备过程中获得晶体结构与组成符合设计要求的目标材料.了解电解质中的相变可以知道其使用的安全稳定条件,利用其相变性质发展新的电解质材料.相的组分与相变趋势可以由相图简明直观地展示出来.本文小结了与锂离子电池相关的相变与相图研究.
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    锂离子扣式电池的组装,充放电测量和数据分析
    王其钰,褚赓,张杰男,王怡,周格,聂凯会,郑杰允,禹习谦,李泓
    储能科学与技术    2018, 7 (2): 327-344.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0022
    摘要446)      PDF (17246KB)(1820)   
    锂离子电池材料在研发以及初期生产检测阶段,需要通过扣式电池对电化学性能进行测量。测试方法和分析方法的准确规范是精确分析评价电池材料、开发新材料及开发新电池体系的基础。本文总结了以往文献资料,结合实际工作经验,介绍实验室锂离子扣式电池组装流程、充放电性能测量和数据分析方法。
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    锂电池百篇论文点评(2016.6.1—2016.7.31)
    赵俊年,武怿达,詹元杰,陈宇阳,陈 彬,王 昊,俞海龙,贲留斌,刘燕燕,黄学杰
    储能科学与技术    2016, 5 (5): 762-774.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.062
    摘要668)      PDF (13706KB)(1789)   
    该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2016年6月1日至2016年7月31日上线的锂电池研究论文,共有1880篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于嵌脱锂机理以及SEI界面层,电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池、锂空气电池的论文也有多篇。原位分析偏重于界面SEI和电极反应机理,理论模拟工作涵盖储锂机理、动力学、界面SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外,还有多篇针对电池、电极结构进行分析的研究论文。
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    高镍三元锂离子电池高温存储性能衰退机理
    王嗣慧,徐中领,杜 锐,孟焕平,刘 永,柳 娜,梁成都
    储能科学与技术    2017, 6 (4): 770-775.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0004
    摘要413)      PDF (6227KB)(1789)   
    随着动力电池市场对长续航里程需求的不断提升,高能量密度的高镍三元材料已逐渐成为动力电池正极材料的开发热点之一。动力电池使用寿命一般要求10年以上,考虑到产品开发的时效性,目前一般采用加速寿命试验的方法来评估动力电池的长期使用寿命。本工作以共沉淀-高温烧结法自主合成的高镍NCM811材料为研究体系,将NCM811/石墨软包电池在60 ℃满充条件下进行存储实验,电池的高温存储寿命约为180天;采用XRD、SEM、ICP-AES、XPS和HRTEM等方法对存储前(BOL)和存储后(EOL)的极片进行表征,研究结果表明高镍材料电池高温存储失效主要与以下因素有关:存储后高镍三元材料表面副产物累积,材料表面岩盐相增加,导致电池阻抗增加;溶出的过渡金属元素在负极石墨上沉积,破坏负极表面的SEI,从而加速了活性锂的消耗。对材料进行有效的表面包覆或体相掺杂是改善高镍三元材料高温存储性能的关键.
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    中高温储热材料的研究现状与展望
    葛志伟, 叶锋, 杨军, 丁玉龙
    储能科学与技术    2012, 1 (2): 89-102.  
    摘要490)      PDF (2334KB)(1672)   
    开发中高温储热材料及其制备方法是储热技术发展的关键之一.本文结合中高温储热材料的分类,特点,应用及存在的问题对中高温储热材料的研究进展进行了综述,主要包括显热储热材料,热化学储热材料以及潜热储热材料.探讨了复合结构储热材料及其制备工艺,进一步介绍了其最新研究进展,并对中高温储热材料的下一步研究进行了展望,提出开发高性能纳微复合结构储热材料是未来研究的重点.
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    被引次数: Baidu(50)
    超级电容器百篇论文点评(2015.11.1—2016.2.2)
    郑 超,周 洲,李林艳,陈雪丹,刘秋香,陈 宽,黄 益,乔志军,傅冠生,阮殿波
    储能科学与技术    2016, 5 (3): 367-383.   doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.03.015
    摘要567)      PDF (17964KB)(1633)   

    该文是一篇近四个月的超级电容器文献评述,我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2015年11月1日至2016年2月29日上线的超级电容器研究论文,共有830篇,选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、石墨烯等材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料、杂质原子掺杂碳材料和新型赝电容材料等4个方面。混合型超级电容器包括水系混合型超级电容器和有机系混合型超级电容器两个方面的研究。

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    全固态锂电池界面的研究进展
    张 强1,2,姚霞银1,2,张洪周3,张联齐3,许晓雄1,2
    储能科学与技术    2016, 5 (5): 659-667.   doi: 10.12028/2095-4239.2016.0036
    摘要596)      PDF (9914KB)(1624)   
    与传统锂离子电池相比,基于无机固体电解质的全固态锂电池,具有安全性能高、循环寿命长、能量密度高等优点,是目前锂电池研究领域的热点之一,未来有望在电动汽车和智能电网等领域得到广泛应用。全固态锂电池中,电极与固体电解质之间的固固接触相比固液接触具有更高的界面接触电阻,同时,界面相容性和稳定性也显著影响全固态锂电池的循环性能和倍率性能。而在固体电解质中,晶界电阻决定了电解质整体的离子电导率,因此,界面问题是决定电池电化学性能的关键所在。本文重点综述了全固态锂电池中各种界面问题的研究现状,主要包括界面调控机理、修饰方法,并指出全固态锂电池中界面调控面临的挑战。
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    锂电池百篇论文点评(2018.4.1-2018.5.31)
    起文斌, 张华, 金周, 赵俊年, 武怿达, 詹元杰, 陈宇阳, 陈彬, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 黄学杰
    储能科学与技术    2018, 7 (4): 575-585.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0097
    摘要440)      PDF (13042KB)(1582)   
    该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以"lithium"和"batter*"为关键词检索了Web of Science从2018年4月1日至2018年5月31日上线的锂电池研究论文,共有1807篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于电极结构和电解液添加剂改进,金属锂负极的研究侧重于通过表面覆盖层的设计来提高其循环性能。电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池的论文也有多篇。原位分析偏重于固态电池的界面,理论模拟工作涵盖储锂机理、动力学、界面SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外,还有多篇关于电池分析的研究论文。
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    四十年固态锂电池----回顾与展望
    陈立泉
    储能科学与技术    2016, 5 (5): 605-606.   doi: 10.12028/2095-4239.2016.0058
    摘要370)      PDF (1579KB)(1572)   
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    硅-改性多壁纳米碳管柔性复合电极的制备和性能研究
    余向南, 马天翼, 李慧玉, 张文广, 韩敏芳, 邱新平
    储能科学与技术    2018, 7 (3): 450-458.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0047
    摘要244)      PDF (10294KB)(1568)   
    利用多壁纳米碳管和纳米硅材料的各自优势,分别采取涂覆法和混合法,将硅与改性多壁碳纳米管(PDCNT)复合,制备了两种新型柔性电极(Si/PDCNT和Si@PDCNT)。借助扫描电子显微技术(SEM)、能谱分析技术(EDS)和电化学技术等表征测试手段,对比分析两种新型柔性电极的形貌和电化学性能。结果表明,涂覆法制备的Si/PDCNT复合电极,纳米Si均匀分布在PDCNT柔性薄膜集流体的表面,二者结合紧密;电极循环200周,比容量保持在170 mA·h/g左右,循环性能明显优于传统的Si/Cu电极。混合法制备的Si@PDCNT柔性复合电极,纳米Si均匀地分散在碳纳米管构筑的三维导电网络结构中,电极循环500周后,比容量保持在200 mA·h/g以上,循环性能优于Si/PDCNT电极。本研究有助于推动硅基纳米碳管柔性电极的应用,为高比能量柔性电池技术的研发提供实验依据。
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    全固态薄膜锂电池研究进展
    吴勇民,吴晓萌,朱蕾,徐碇皓,田文生,汤卫平
    储能科学与技术    2016, 5 (5): 678-701.   doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0045
    摘要547)      PDF (27753KB)(1548)   
    同锂离子电池相比,全固态锂电池不仅安全性好,而且在提高比能量、比功率密度以及循环性能方面也有更大的空间,从而得到广泛关注。在现有全固态锂电池中全固态薄膜锂电池(TFB)的制备工艺成熟,电池性能优异,已率先实现了商品化生产。同传统的锂离子电池不同,TFB的主要制备方法是物理成膜形成致密正极、电解质和负极薄膜,各层薄膜采用原位叠加方式形成。本文总结了近十年来TFB的研究工作,力图囊括全固态薄膜电池的完整制备过程以及各制备环节的技术进展和存在的科学技术问题。本文首先分述了固态电解质薄膜、正极薄膜、负极薄膜等三个主要构成部分的研究进展和关键问题,在此基础上,归纳了电极/电解质界面的设计、制备以及TFB制备过程及其关键问题和技术的研究进展,最后还介绍了基底、集流体、封装三个辅助部分的制备过程以及最近报道的新型特殊结构TFB。
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