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    2018年, 第7卷, 第6期 刊出日期:2018-11-01 上一期    下一期
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    2018 (6):  0-0. 
    摘要 ( 71 )   PDF(4252KB) ( 100 )  
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    电池安全性专刊
    锂离子电池全生命周期安全性演变研究进展
    任东生, 冯旭宁, 韩雪冰, 卢兰光, 欧阳明高
    2018 (6):  957-966.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0165
    摘要 ( 263 )   PDF(10433KB) ( 782 )  
    安全性是制约锂离子电池规模应用的重要技术问题。锂离子电池的安全性能不仅仅与材料体系、电芯设计相关,还会随着使用过程而发生变化。锂离子电池安全性能在全生命周期内的演变规律需要重点展开研究,以保障电池在使用过程中的安全性。本文对锂离子电池全生命周期安全性演变问题的国内外研究进展进行了综述,分析了国内外关于电池安全性能在循环老化和储存老化两种工况下的演变规律的研究,总结了电池老化衰减机理与安全性能变化之间的关系,指出负极析锂是影响电池全生命周期安全性能的重要因素,最后对锂离子电池全生命周期安全性演变研究进行了展望。
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    动力电池安全性的测试与评价
    王芳, 林春景, 刘磊, 刘仕强
    2018 (6):  967-971.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0191
    摘要 ( 208 )   PDF(4166KB) ( 567 )  
    动力电池能量密度的提升对于其安全性的测试评价技术提出了更高的要求。本文针对目前动力电池安全性的测试标准体系和评价方法等进行了总结和分析。具体的,在电池单体层面,分析了本征安全性(热稳定性)的表征方法以及触发安全性的测试标准体系现状及发展趋势等,在电池系统层面,重点探讨了电池系统安全性测试的标准体系以及热扩散的测试评价方法,希望能够为建立更加科学的定量测试与评价方法提供借鉴和参考。
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    Water-in-salt锂离子电解液研究进展
    周安行, 蒋礼威, 岳金明, 索鎏敏, 胡勇胜, 李泓, 黄学杰, 陈立泉
    2018 (6):  972-986.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0158
    摘要 ( 974 )   PDF(16673KB) ( 963 )  
    与传统的商用有机锂离子电池相比,水系锂离子电池具有高安全性、成本低、环境友好等优点,但由于水的热力学窗口较窄(1.23 V),从而大大限制了其输出电压和能量密度。Water-in-salt电解液的提出将水溶液的电化学窗口拓宽到3.0 V以上,为实现新型高电压水系锂离子电池提供了有利前提保证。本综述意在介绍Water-in-salt电解液及其相关衍生体系以及其在锂离子电池、锂硫电池以及混合离子电池中的相关应用拓展。与此同时,对该新体系中所引出的新的基础科学问题,包括水系固态电解质界面(SEI)膜的生长机理及锂离子的传输机制做了简单归纳和总结。
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    锂电池电动车极快速充电的科学与工程问题
    王莉, 冯旭宁, 胡坚耀, 何向明, 田光宇
    2018 (6):  987-993.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0110
    摘要 ( 275 )   PDF(7232KB) ( 590 )  
    “里程焦虑”一直困扰着电动车产业的发展,在电池能量有限的情况下,消费者期望电动车能够在10 min内完成充电,即充电能够像燃油车加油一样的方便快捷。电动车的快速充电一般指充电时间为0.5~2 h,长于2 h为常用的慢速充电,而低于10 min则为极快速充电。本文仅从科学与工程问题出发,从基础设备/设施、电池电源系统、热管理、单体电池设计、电池材料等层面分析了锂离子电池在极快速充电模式面临的一系列挑战,比较了目前技术水平与极快速充电要求之间的差距,对极快速充电需要解决的技术难题进行了凝练,虽然极快速充电目前还没有实现,本文提出了研发方向建议。
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    浅析固态锂离子电池安全性
    张永龙, 夏会玲, 林久, 陈少杰, 许晓雄
    2018 (6):  994-1002.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0171
    摘要 ( 257 )   PDF(10794KB) ( 873 )  
    锂二次电池因其具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点,使得其在便携式消费电子产品、电动汽车、能量储存等领域具有广泛的应用前景。目前,锂二次电池的能量密度和安全性是当今世界的研究热点。但对于传统液态电解质的锂离子电池而言,尽管从材料、模组、电源管理、热管理、系统设计等各个层面均采取了多种改进措施,然而高能量密度电芯的安全性问题依然突出,热失控问题难以彻底避免。因此,为了提高锂电池的安全性,发展理论上不易燃的固态锂电池是解决锂电池安全问题的必由途径。本工作比较了传统液态锂离子电池与固态锂电池结构特征,总结了其各自优缺点,进一步深入剖析了传统液态锂离子电池安全问题产生的根本原因,提出了解决锂离子电池安全性问题的最佳方案,并通过对自主研发的系列容量固态锂(离子)电池的安全性能进行测试,证实了固态锂电池的高安全特性。
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    锂离子电池内短路机理与检测研究进展
    刘力硕, 张明轩, 卢兰光, 欧阳明高, 冯旭宁, 郑岳久, 韩雪冰, 潘岳
    2018 (6):  1003-1015.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0163
    摘要 ( 336 )   PDF(18615KB) ( 666 )  
    锂离子电池内短路是锂离子电池热失控事故中最常见的诱因之一,也是机械滥用、电滥用、热滥用的共性环节,是潜在的安全威胁。本文从锂离子电池内短路安全问题出发,综述了内短路机理的研究进展,归纳了内短路替代实验方法,介绍了内短路演化过程,指出了内短路检测需在其发展初期和中期完成。进而,总结了多种内短路检测方法,最后,对内短路问题下一步研究进行了展望。
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    锂离子电池电解液的安全性研究进展
    张小颂, 夏永高
    2018 (6):  1016-1029.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0164
    摘要 ( 226 )   PDF(15841KB) ( 588 )  
    锂离子电池的能量密度及其安全问题是限制其在电动汽车应用中的主要障碍。随着能量密度的不断提升,当务之急是有效解决锂离子电池的安全性问题。锂离子电池安全问题本质上与当前电解液中使用的高挥发性、易燃的有机溶剂有关。因此,本文主要从电解液的燃烧性角度,介绍了电解液在锂离子电池材料安全性方面的研究现状,包括阻燃添加剂、不燃性氟代有机溶剂、高浓度电解液及固液混合电解质的应用等,分析其对安全性能提升的机理,并对电解液的发展方向进行了展望。
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    锂离子电池热失控蔓延研究进展
    陈天雨, 高尚, 冯旭宁, 卢兰光, 欧阳明高
    2018 (6):  1030-1039.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0167
    摘要 ( 329 )   PDF(11000KB) ( 765 )  
    简述了电动汽车锂离子动力电池热失控蔓延机理、建模与抑制技术的最新研究进展。为了满足汽车高能量的要求,需要动力电池进行串并联成组来提供动力。电池组成组安全问题成为电动汽车大规模应用的重要技术问题。电池组中的某一个电池单体发生热失控后产生大量热,导致周围电池单体受热产生热失控。因而,电池组成组安全问题的重要关注点是电池组内的热失控蔓延问题。本文对锂离子电池热失控蔓延问题的国内外研究进展进行了综述,分析了对于不同种类锂离子动力电池影响其热失控蔓延特性的主要因素。总结了文献中的热失控蔓延建模方法,并指出了已有方法的不足。从电池系统热安全管理的角度,阐述并分析了热失控蔓延防控技术的研究成果与方向。最后对锂离子电池热失控蔓延研究进行了展望。
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    锂离子电池高安全性阻燃电解液研究进展
    许高洁, 王晓, 陆迪, 姜苗苗, 黄苏琪, 上官雪慧, 崔光磊
    2018 (6):  1040-1059.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0153
    摘要 ( 338 )   PDF(25102KB) ( 928 )  
    商品锂离子电池在机械冲击、热冲击和过充短路等滥用条件下易发生起火燃烧甚至爆炸。为了解决这一安全性问题,需要开发高安全性阻燃电解液取代传统易燃烧的碳酸酯电解液。本文综述了高安全性阻燃电解液的研究进展,首先介绍了燃烧机理、阻燃机理和阻燃测试方法,再阐述锂离子电池对阻燃电解液的性质要求,并对阻燃电解液进行分类探讨,包括阻燃添加剂、阻燃溶剂(共溶剂)、高浓度阻燃电解液、离子液体和阻燃型凝胶聚合物电解质。重点对这些高安全性阻燃电解液的配方、阻燃效果、适用的电池体系进行详细阐述。最后对高安全性阻燃电解液未来的研究方向进行展望。
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    高安全锂硫电池电解液研究进展
    杨慧军, 傅璟, 陈加航, 郭城, 郭瑞, 解晶莹, 王久林
    2018 (6):  1060-1068.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0157
    摘要 ( 259 )   PDF(8824KB) ( 405 )  
    锂离子电池的长寿命和高安全性极大地促进了它的实用性。在下一代储能装置中,锂硫电池由于其高理论能量密度和单质硫的高自然丰度、环境友好等特点,受到了人们的广泛关注。然而,由于电解液中有机溶剂的可燃性、不断的锂枝晶形成和碳硫混合物的低着火温度,使锂硫电池的安全问题成为一个衡量其实用性的关键问题。近几年来,关于锂硫电池的安全问题已经出现了一些改进措施。本文首先介绍了高安全电池电解液的常见评测方法,其次综述了锂硫电池常见的两类硫复合材料以及相应的安全电解液适用情况。普通硫碳复合材料适用的锂硫电池安全性主要通过无闪点的氟代醚溶剂来提高,而硫化聚丙烯腈复合材料则主要适用于磷基阻燃添加剂的电解液。最后,本文还展望了安全锂硫电池未来的发展方向。
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    高安全性锂离子电池电解液
    沈旻, 蒋志敏, 李南, 陈慧闯, 董经博, 马国强
    2018 (6):  1069-1081.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0166
    摘要 ( 221 )   PDF(15665KB) ( 451 )  
    锂离子电池安全性问题的本质是电池内部发生了热失控,热量不断的累积,造成电池内部温度持续上升,其外在的表现是燃烧、爆炸等。因此,锂离子电池的安全性与比能量、使用温度和倍率性能等存在一定的矛盾。电池能量密度越高、倍率性能越快和使用环境越恶劣,其能量剧烈释放时对电池体系的影响就越大,安全问题也越突出。当前锂离子电池电解液一般由低闪点的碳酸酯、对痕量水和温度敏感的LiPF6和其它添加剂组成,本身具有高度可燃性。同时,电解液与正负极材料之间形成界面膜被认为是电池热失控的起点。因此,电解液改性是提升电池安全性的重要措施。本文分析了离子液体和氟代溶剂等溶剂对电解液安全性的提升效果,对比了多种锂盐对电解液安全性的影响,介绍了阻燃剂、过充保护剂、锂枝晶抑制剂和成膜稳定剂等电解液添加剂对锂电池安全性的改善。最后,从电池整体应用性能的角度出发,讨论了今后高安全性锂离子电池电解液的研发方向。
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    锂硫电池安全性问题现状及未来发展态势
    胡策军, 杨积瑾, 王航超, 陈一帆, 张茸茸, 刘文, 孙晓明
    2018 (6):  1082-1093.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0172
    摘要 ( 212 )   PDF(22899KB) ( 378 )  
    锂硫电池由于其原料来源广泛、成本低廉并且具有理论容量高以及环境友好等优点,被认为是最有潜力的新一代高能量密度电池技术之一。近年来,随着固硫化学的发展和硫电极结构设计的优化,锂硫电池技术发展已经取得了长足的进步。但是,锂硫电池的实用化仍然面临着一系列的挑战,如高载量硫正极的设计,少液体系或固态体系中硫的催化活化、稳定的电极/电解液界面、安全性能的提升等。其中,安全性能是阻碍锂硫电池商业化进程的关键问题之一。目前,已有众多的研究者对锂硫电池的安全性能提出了改进策略,包括金属锂负极的保护、阻燃电解液的开发、修饰隔膜乃至固体电解质的使用,以及通过电极结构设计缓解电池体积变化等。本文从锂硫电池的化学特性和影响安全性的关键部件出发,在基础研究方面,从负极锂枝晶生长、充放电过程中电极的体积变化以及电解液体系的问题等几方面总结了锂硫电池安全性问题的来源,针对这些问题提出了解决锂硫电池安全性问题的关键需求,总结了近年来安全性锂硫电池研究工作的进展,并对未来发展态势及方向进行探讨。由于缺乏直接的电芯和模块的数据测试,在大型器件上的安全性测试问题上,亟待其他科研工作者补充总结。
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    基于应用需求的退役电池梯次利用安全策略
    吴小员, 王俊祥, 田维超, 左哲伦
    2018 (6):  1094-1104.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0187
    摘要 ( 226 )   PDF(10439KB) ( 238 )  
    本研究以退役锂离子动力电池梯次利用的细分应用场景需求为导向,以我国新能源汽车推广应用历程为基础,结合政策、技术、产业与市场发展的实际,阐述了梯次利用关键环节的安全问题及其应对策略。介绍了退役动力电池梯次利用模式,总结了不同正极材料动力电池报废与梯次利用现状及趋势,指出了面临的挑战与机遇,分析了动力锂离子电池在生产和车用环节的安全隐患,以及退役后在四种不同应用场景下进行梯次利用的安全需求与风险,研究了与动力电池类型、车载应用安全基础等优化匹配的梯次利用安全策略框架,并提出了创新动力电池开发设计模式、发展梯次利用关键技术、加快商业模式创新、加速培育梯次利用市场等综合策略。
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    多种灭火剂扑救大容量锂离子电池火灾的实验研究
    刘昱君, 段强领, 黎可, 陈昊东, 王青松
    2018 (6):  1105-1112.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0188
    摘要 ( 206 )   PDF(5787KB) ( 422 )  
    为研究不同灭火介质对大容量动力锂离子电池火灾的有效性,搭建了适用于多种灭火介质的灭火测试平台。在灭火测试平台上以功率为300 W的电热管作为外热源引发单电池热失控,通过改变灭火介质,研究了不同灭火介质的灭火行为及灭火效率。研究结果表明,对于38 A·h单体动力电池火灾,ABC干粉、七氟丙烷(HFC)、水、全氟己酮和CO2灭火剂均能快速熄灭电池明火,但CO2灭火剂灭火后电池出现了复燃;电池灭火过程中,不同的灭火剂在抑制电池温度上升表现出明显差异,其中,抑制温升效果优劣依次为水、全氟己酮、HFC、ABC干粉和CO2。本研究的结果可为工程应用及电池灭火规范制定提供实验支撑。
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    锂离子电池用离子塑性晶体-离子液体聚合物全固态电解质
    杨凯华, 廖柱, 黎雪松, 章正熙, 杨立
    2018 (6):  1113-1119.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0151
    摘要 ( 264 )   PDF(7131KB) ( 406 )  
    离子塑性晶体作为一类新型的固态电解质材料,近年来受到研究人员的极大关注。本文合成了一种新型离子塑性晶体:NN-二甲基吡咯双氟磺酰亚胺(P11FSI),并将其与吡咯阳离子离子液体聚合物-聚二甲基二烯丙基铵双氟磺酰亚胺(PILFSI)和锂盐(LiFSI)复合制备了P11FSI-PILFSI-LiFSI全固态电解质。采用差示扫描量热法、热重分析、阻抗测试、线性扫描伏安法及对称锂电池测试等一系列表征技术对全固态电解质的热性能和电化学性能进行了系统研究。所制备的电解质膜具有好的柔韧性和热稳定性,高的离子电导率和电化学稳定性,以及与金属锂良好的界面相容性。将全固态电解质应用于Li/LiFePO4电池中,在50℃、0.2 C充放电倍率时,电池放电比容量在60次循环后仍可达151.1 mA·h/g,容量保持率为96.8%;且在0.5 C、1.0 C倍率下放电比容量仍然高达138.1 mA·h/g和128.1 mA·h/g,展现出高的放电比容量,好的循环性能和倍率性能,有望应用于全固态锂离子电池中。
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    循环老化对锂离子电池在绝热条件下的产热及热失控影响
    毛亚, 白清友, 马尚德, 周罗增, 郭瑞, 郑耀东, 雷博, 解晶莹
    2018 (6):  1120-1127.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0168
    摘要 ( 253 )   PDF(9668KB) ( 377 )  
    随着锂离子电池能量、寿命的提升,对安全性需求也越来越高,温度对电池的寿命和安全有着重要影响。以钴酸锂/中间相碳微球体系电池为研究对象,采用加速量热仪研究了不同工作电流、不同循环老化周期电池的产热特性和热失控行为,电池的发热量随着充放电倍率的增加而增大。通过比较不同循环老化周期电池的产热速率,发现容量衰减速度与直流内阻、产热量之间存在很强的关联性。从热失控行为研究发现,自放热起始温度为105.4℃,随后发生连续自放热,直到温度达到149.7℃热失控起始温度,发生内短路,最终导致电池热失控。循环后电池的热失控过程中自放热和热失控起始温度稍有变化,热失控时间大大缩短。
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    锂离子电池安全性测试与评价方法分析
    田君, 田崔钧, 王一拓, 佟蕾, 赵鼎, 胡道中, 高洪波, 陈芬, 高申, 王子冬, 刘家亮
    2018 (6):  1128-1134.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0154
    摘要 ( 257 )   PDF(8163KB) ( 599 )  
    对锂离子电池的机械滥用、热滥用和电滥用安全性测试与评价方法的原理进行了分析,对具有代表性的锂离子电池安全测试标准GB/T 31467.3/31485和SAE J2464/UN 38.3的相关试验方法进行了对比分析。应用X射线三维CT技术,测试了安全性试验前后锂离子电池内部结构的变化,对X射线三维CT应用于锂离子电池安全性测试分析的前景进行了展望。为锂离子电池安全失效模式分析指明了方向。
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    浅析动力电池模组过充问题
    汪承晔, 刘英泽, 罗志民, 金慧芬
    2018 (6):  1135-1138.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0173
    摘要 ( 175 )   PDF(3894KB) ( 352 )  
    安全是锂离子电池广泛应用的基础,它贯穿着锂离子电池使用的整个生命周期,过充是影响锂离子电池安全的重要因素之一,如果发生过充时不能实现有效的保护,将会发生起火爆炸等安全事故。单电芯结构简单、散热好,可以通过其内部结构设计及电芯材料配方调整相对容易实现过充保护;电池包有电池管理系统(BMS)及高压控制器件,也容易实现过充保护;电池模组是介于电池包与电芯的中间层级,其安全是保证电池包安全的最后一道有力屏障,但由于模组结构相对复杂,散热比单电芯要差,其过充保护要难于电芯。本文通过分析电芯与模组过充保护的影响因素及区别,进行对应的试验验证,分析过充过程的电压、电流、温度等数据,找到影响模组过充保护的关键因素,制定对应的改善措施及方案,实现模组的过充安全保护。
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    黏结剂对锂离子电池陶瓷涂敷隔膜的性能影响
    钟国彬, 王中会, 梁鑫, 项宏发
    2018 (6):  1139-1145.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0113
    摘要 ( 217 )   PDF(10649KB) ( 461 )  
    为优化陶瓷涂敷隔膜热稳定性,提高锂离子电池的安全性和电化学性能,本工作选用热稳定性优异的聚酰亚胺和电化学稳定的聚偏氟乙烯六氟丙烯作为复合黏结剂,将Al2O3无机颗粒涂敷于商品级聚烯烃隔膜两侧。通过调控两种黏结剂组分含量,测试隔膜性能发现,增加聚酰亚胺的含量可以明显提高涂覆隔膜的热稳定性,但隔膜的电化学性能不理想;在黏结剂中引入适量的聚偏氟乙烯六氟丙烯组分,涂覆隔膜可在保持其热稳定性的同时,获得良好的离子电导率、电化学稳定性和金属锂电极兼容性等性能。最后选用电化学性能表现最为优异且热稳定性良好的黏结剂组分制备陶瓷涂敷隔膜,在Li|LiCoO2电池中,比聚烯烃隔膜表现出更优异的电化学性能,在8 C倍率下的放电比容量为109.3 mA/g,容量保持率为66.1%,而使用PE隔膜的电池的放电比容量和容量保持率仅为88.7 mA/g和54.7%。
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    混合动力汽车用锂电池热管理系统
    赵国柱, 李亮, 招晓荷, 周廷博
    2018 (6):  1146-1151.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0129
    摘要 ( 348 )   PDF(5740KB) ( 249 )  
    为研究动力电池组的温度特性以及维持其工作在最佳的温度范围内,以锂离子电池为研究对象,设计了一种新型混合动力汽车的电池热管理系统,利用空调系统和发动机排气系统来调控电池组的温度。建立了锂电池组的三维瞬态产热数值模型,以电池组的三维尺寸和进风口流速为输入参数,以降低电池组的最大温升和提高电池组的温度均匀性为输出参数,利用FLUENT仿真软件和DesignXplorer模块进行联合优化设计了电池组的结构。优化后的电池组的温升比优化前降低了5.39 K,电池组温差降低了6.41 K。分析了恒倍率放电以及对流换热系数对单体电池温升的影响,研究表明:放电倍率越大电池温升越快,放电结束后电池的温度越高,在对流换热系数小于30 W/(m2·K)时,散热效果明显。对电池组在不同条件下加热或者冷却进行了仿真分析,验证了该电池热管理系统的可行性。
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    锂离子电池储能电站早期预警系统研究
    王春力, 贡丽妙, 亢平, 谭业超, 李明明
    2018 (6):  1152-1158.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0174
    摘要 ( 211 )   PDF(9425KB) ( 228 )  
    研究锂离子电池储能电站消防预警技术对于储能系统的安全运行具有重要意义。本文通过对电池热失控及热扩散特征识别展开讨论,由于锂离子电池发生热失控时会伴随着可燃气体缓慢释放,如果能够提取电池热失控早期气体参数并对其进行研究分析,可以在此基础上建立电池系统的热失控预警机制。本文采用加热方式和过充方式诱发电池热失控气体提取试验,通过采气试验进行气体成分含量分析,确定了将一氧化碳和温度作为典型的侦测依据来实现锂电池热失控的早期预警。并将这种电池热失控早期预警判断应用到了储能电站消防预警系统中,同时结合多级预警及防护机制和安全联动策略做了深入研究,确定了锂离子电池储能电站消防预警系统的设计架构,从系统部件、联动通信、人员安全3个方面对系统设计做了简要说明,在保证快速有效的检测出电池热失控状态的同时快速联动消防设施,极大提高了储能系统运行的可靠性。
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    2018 (6):  1159-1170.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0208
    摘要 ( 273 )   PDF(13791KB) ( 694 )  
    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8月1日至2018年9月30日上线的锂电池研究论文,共有3283篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了层状材料的结构演变及表面包覆对层状和尖晶石材料循环寿命的影响。高容量的硅、锡基负极材料研究侧重于纳米材料、复合材料、黏结剂及反应机理研究,石墨负极的研究侧重于研究微结构对性能的影响,固态电解质、锂空电池、锂硫电池也有多篇,金属锂负极和全固态电池的研究论文增加很快。理论模拟工作包括材料体相、界面结构和输运性质,除了以材料为主的研究之外,针对电池的原位分析、电池模型的研究论文也有多篇。
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    研究及进展
    共轭羰基化合物作为钠/钾离子电池电极材料的研究进展
    刘梦云, 谷天天, 周敏, 王康丽, 程时杰, 蒋凯
    2018 (6):  1171-1181.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0098
    摘要 ( 203 )   PDF(9732KB) ( 381 )  
    钠(钾)离子电池资源丰富、成本低廉,是极具大规模应用潜力的新型电池体系。然而,受制于较大的钠(钾)离子半径,这两类电池电极材料的选择受到了极大的限制。以共轭羰基化合物为代表的有机电极材料具有柔性的骨架结构,对阳离子半径选择性小,且结构多样、理论比容量高、环境友好,基于有机共轭羰基化合物构建的钠(钾)离子电池是未来“绿色电池”发展的重要方向。本文介绍了共轭羰基化合物的分类、储钠/钾性能及机理,重点探讨了羰基化合物作为储钠(钾)材料存在的问题和改进方法。最后,总结了羰基化合物作为钠钾离子电池电极材料存在的基础科学问题、技术挑战以及竞争力,同时进一步展望了有机共轭羰基化合物的发展方向以及大规模储能领域的应用前景。
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    磷-碳二元拓扑结构设计及其在储能领域的应用
    刘成, 韩鑫鹏, 王茹英, 李月涛, 孙洁
    2018 (6):  1182-1202.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0100
    摘要 ( 205 )   PDF(52884KB) ( 300 )  
    磷作为新兴的储能材料,具有多种同素异形体以及多种拓扑结构。其中,黑磷具有导电性良好、热稳定性好等特点,近年来受到广泛的关注。本文主要介绍了红磷、黑磷在锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、镁离子电池、超级电容器和太阳能电池上的应用,分析了这两类磷作为蓄电池负极材料存在的问题。根据红磷与黑磷各自的优势和缺点,综述了磷-碳二元拓扑结构设计对两类磷电极材料的改性研究,并分析了具有不同二元拓扑结构的磷-碳复合材料在新能源领域中的应用与发展前景。
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    锂离子电池硅基负极新型黏结剂研究进展
    梁大宇, 包婷婷, 夏昕, 杨茂萍, 李道聪
    2018 (6):  1203-1210.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0087
    摘要 ( 180 )   PDF(8454KB) ( 442 )  
    硅基材料由于具有超高的理论比容量,安全的嵌锂工作电位和廉价易得等诸多优点,是下一代高比能量电池体系最理想的负极材料。尽管硅基材料的研究已经进行很长时间,但是硅基材料嵌锂时巨大的体积膨胀,循环性能较差等问题一直难以得到有效解决。开发高性能硅基负极黏结剂是解决硅基材料应用问题的重要途径之一,具有“刚柔并济”结构特性的黏结剂分子能够有效抑制硅基材料结构膨胀粉化,保持电极导电网络的完整性,从而有效提升其循环性能。本文综述了硅基负极黏结剂的特性要求,新型硅基负极黏结剂的研究进展,并对该领域未来潜在的研究方向进行了展望:复合体系聚合物黏结剂的开发;特殊空间构型黏结剂的开发;新型导电黏结剂的开发;自支撑无黏结剂硅基负极的开发。
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    钠离子电池金属化合物负极材料的研究进展
    田丽媛, 鞠小霞, 向枫, 周明
    2018 (6):  1211-1216.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0096
    摘要 ( 279 )   PDF(6122KB) ( 275 )  
    钠离子电池具有钠资源存储丰富、价格低廉等优点,是一种极具发展前景的储能装置,因此成为当下研究热点。钠离子电池的电化学性能主要取决于正负极材料。但是,钠离子较大的半径使其在电极材料中可逆地嵌入/脱出更为困难。而金属化合物材料作为储钠负极材料时,遵循转化反应机制,并表现出较高的理论比容量,因而受到研究人员的广泛关注。本文综述了金属氧化物、金属硫化物、金属磷化物等几种金属化合物负极材料的储钠机制和研究进展,探讨了金属化合物材料的储钠性能,阐明了金属化合物作为理想的储钠负极材料的优势,最后对金属化合物材料的研究前景进行了展望。
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    融资租赁模式下储能电站项目的经济效益与风险分析
    吴善进, 崔承刚, 杨宁, 陈辉
    2018 (6):  1217-1225.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0128
    摘要 ( 152 )   PDF(7200KB) ( 136 )  
    储能项目的经济性是制约储能项目商业化的重要因素之一。其中商业模式对项目经济性起着决定性作用。通过分析国内储能系统相关政策与发展现状,根据给定的储能项目系统结构与盈利方式,建立项目经济模型,通过内部收益率、投资回收期和发展成本等经济性指标评价了项目的经济性。进一步,以储能项目商业化融资难的问题为突破点,引入直接融资租赁模式,评估了在融资租赁公司低成本采购优势下项目的经济性。通过分析可知,融资租赁模式的引入可以缓解企业前几年的资金压力,提高项目的经济效益。
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    多孔CNTs@PANI修饰CNT纤维的制备及电化学性能
    刘家华, 徐晓英, 陈大柱, 洪娇玲, 孟潇, 欧阳星, 汤皎宁
    2018 (6):  1226-1232.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0107
    摘要 ( 182 )   PDF(34417KB) ( 247 )  
    通过低电压电泳沉积的方法在碳纳米管纤维(CNF)表面沉积多孔碳纳米管(CNTs),然后在其表面电化学沉积一层聚苯胺(PANI),得到CNTs@PANI三维多孔网络结构修饰的核-鞘型纤维电极材料。通过扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱表征电极材料表面形貌和微观结构,并利用电化学工作站测试电化学性能,研究结果表明,沉积的多孔CNTs结构可以为PANI提供更多的氧化还原反应活性位点,而PANI也具有固定CNTs的作用,在电流密度为1 mA/cm2时,CNTs和PANI修饰的电极面积比电容达77.28 mF/cm2。以聚二甲基硅氧烷薄膜为基底、PVA-H3PO4为电解质制备的对称型固态柔性超级电容器在电流密度为0.25 mA/cm2时,面积比电容为61.25 mF/cm2,恒流充放电4000次后,电容值仍维持在80%,并且串联两个电容器可以点亮电压为1.8 V的LED灯泡。
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    基于活性炭/镍钴锰酸锂(AC/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)复合正极的锂离子超级电容电池的构建及其电化学性能
    夏恒恒, 安仲勋, 黄廷立, 方文英, 杜连欢, 吴明霞, 索路路, 徐甲强, 华黎
    2018 (6):  1233-1241.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0142
    摘要 ( 157 )   PDF(10378KB) ( 277 )  
    采用有机体系(NMP+PVDF)混料及乙醇萃取的方法成功制得活性炭/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(AC/NCM)复合电极片,通过设计不同AC/NCM配比能够调控能量和功率密度。选取AC/NCM为1/3配比的复合正极和硬碳(HC)负极组装的超级电容电池循环伏安(CV)曲线呈现近似矩形的容性特征,恒流充放电过程电压随时间的变化(V-t曲线)呈现出良好的线性行为。此外,采用导电炭黑(SP)/碳纳米管(CNT)/石墨烯(graphene)=3/1/1的质量比设计了复合导电剂,立体导电网络的构建有效降低了器件内阻。按照IEC 62660—1标准,在2.5~4.2 V电压窗口,83.4 W/kg功率密度下测得的能量密度高达66.6 W·h/kg,在最大功率密度6.5 kW/kg下测得的能量密度为21.5 W·h/kg。器件充满电后在65℃高温存储168 h能量保有率为97.4%,且无任何胀气现象,平均自放电率为27.5 mV/天,表现出优良的高温特性。采用14 C和50 C电流循环充放电1000次后能量保有率分别为99.06%和96.45%,体现出该超级电容电池的长寿命优势。在12 kW/kg平均放电功率密度下进行脉冲测试,连续放电100次后该器件仍表现出良好的稳定性,表明在车辆启动、脉冲器件等领域具有极大的应用潜力。
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    锂离子电容器直流内阻测试方法研究
    王婧, 高洪波, 胡道中, 魏三平, 郑丽花, 赵云鹏, 钟明, BURKE Andrew F, 李灵宏
    2018 (6):  1242-1247.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0108
    摘要 ( 121 )   PDF(5229KB) ( 256 )  
    直流内阻(简称“内阻”)是衡量超级电容器性能最重要的电化学参数之一,但目前尚未有统一的测试方法用于锂离子电容器的内阻测试。本工作使用不同的充放电测试程序,采用不同的内阻计算方法来评测比较锂离子电容单体样品的内阻值。结果表明,不同的充放电测试方法、不同的放电截止电压、不同的内阻计算方法,影响锂离子电容器内阻测量值。以100 ms压降法计算的内阻可能接近放电开始阶段的稳态内阻,可以使用普通国产电池测试设备,简单、易行、可靠,经进一步的验证后,可以考虑推广使用。
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    不同碳材料对铅炭负极的性能影响
    陈理, 黄伟国, 刘孝伟, 徐志彬, 周志学
    2018 (6):  1248-1252.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0124
    摘要 ( 121 )   PDF(4263KB) ( 181 )  
    在铅炭负极中添加不同比例的造粒炭黑(CB)和活性炭(AC),在部分荷电状态下,采用恒流充放电对比测试其循环性能,利用SEM、XRD对碳材料和铅炭负极活性物质进行表征分析。结果表明,造粒炭黑(CB)与活性炭(AC)添加到负极后,均能与铅结合形成铅炭结构,并明显提升部分荷电态下的循环性能。
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    储能标准与规范
    锂离子电池电解液标准解读
    陈仕谋, 秦虎, 刘敏
    2018 (6):  1253-1260.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0192
    摘要 ( 252 )   PDF(6694KB) ( 589 )  
    电解液是锂离子电池关键技术之一,在正负极之间起着输送和传导电流的作用,是连接正负极材料的桥梁。它影响着电池的工作电压、能量密度和安全性能等。近年来随着正负极材料的技术进步,电解液为了实现与新材料的匹配,在组分上出现了很大变化,现有的锂电池电解液标准及相应的测试方法也需要进一步更新,才能实现产品的检验规范化和质量标准化。本文介绍了电解液的现状及发展趋势,分析了我国现有电解液相关标准的情况,并对新的电解液国标提出了建议。
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    锂离子电池安全性评估的ARC测试方法和数据分析
    王莉, 冯旭宁, 薛钢, 李茂刚, 胡坚耀, 田光宇, 何向明
    2018 (6):  1261-1270.  doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0161
    摘要 ( 291 )   PDF(11434KB) ( 556 )  
    锂离子电池安全性能可以通过电池热失控过程的量热分析来进行定性和定量评估。电池在不同温度下的放热速率及累计放热量是衡量电池热稳定性的参数。动力电池的量热分析通过绝热加速量热仪进行。本文主要介绍加速量热仪的测试原理和方法、数据分析方法,并对电池安全程度的评估方法提出了建议。
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