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锂离子电池论文的参考文献

发布时间:2024-07-04 16:58:08

锂离子电池论文的参考文献

那这个就多了。目前锂离子电池的文章主要发表在电化学、材料、化学领域的期刊,关于计算的会发表在物理、物理化学方面的期刊上面。做产品的也会发表在一些工程类的期刊上。锂电池文章比较多的期刊有:Elsevier旗下的,Journal of Power Sources,Electrochimica Acta,Electrochemistry Communications,Nano Energy,Solid State IonicsJournal of The Electrochemical SocietyWiley旗下的 Advanced Energy MaterialsRSC的 Energy & Environmental ScienceNature 子刊 Nature Energy这些期刊里面都会有大量锂电池的文章。其他化学、材料、纳米类的期刊,比如 JACS,Angewandte Chemie,Nature Materials,Nature Chemistry, Advanced Materials, Nano letters, ACS Nano 等也会有锂电池方面的杂质,所占比例要比电化学类的期刊要少。建议少看低水平文章,误国误民。

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全文速览

针对锂金属不均匀沉积造成的锂枝晶生长以及死锂疯狂聚集等问题,本工作利用平行排列的具有多孔结构的轻质碳骨架,在电镀过程中为锂沉积提供足够的空间和连续的导电网络,从而来均匀化锂离子分布,使电极/电解液的界面处的电流密度分布均匀,达到抑制锂枝晶生长以及缓解金属锂循环过程中的体积膨胀的目的。作者对其复合金属负极进行了一系列电化学性能的测试,所测结果表明该复合锂金属负极所组成的对称电池在 mAh cc, mAh cm -2 的条件下可稳定循环4800 h而没有明显的电压滞后现象。此外,以该复合锂电极为负极,NCM811为正极所组装的全电池也展现出了优异的循环稳定性以及高的倍率性能。更重要的是,低温性能测试结果表明,该复合金属锂负极在低温下依然具有优异的可逆性以及循环稳定性。在此基础上,作者还通过理论计算很好地验证了实验结果,进一步证明了该平行排列的多孔结构有利于促进锂离子的均匀沉积,实现锂金属负极的稳定循环

背景介绍

金属锂表现出的高理论比容量(3860 mAh g -1 )和超低电化学电势( V),一直是二次电池领域人们为之神往的圣杯。然而,锂金属负极中的枝晶生长以及固态电解质界面的不稳定性成为它趋向完美的严重阻碍。锂枝晶的生长以及界面的不稳定会造成金属锂的可持续利用率降低,甚至会刺穿隔膜造成电池爆炸等安全性问题。因此,控制金属锂的均匀沉积是实现锂电池实际应用的重要途径之一。目前,已经有许多策略致力于稳定锂金属负极,其中一个重要的方向就是通过构建合适的功能性的3D集流体框架,促进锂离子的均匀沉积,实现无枝晶的锂金属负极。相比3D的金属集流体,碳集流体以其优异的的化学稳定性、柔韧性及可延展性而被广泛研究,但是其本身的疏锂性以及有限的比表面积阻止了其进一步的发展。因此,本工作从这两个方面出发设计了平行排列且具有多孔结构的碳骨架(PAPCFs)来稳定锂金属负极。

图文解析

图1展示了PAPCFs和CCFs上的结构和初始锂沉积的特性。(a-b) SEM 图像和 (c) 通过使用 PAPCFs 的 DFT 模型计算的 N2 吸附-解吸等温线和累积孔体积 ( nm); (d-e) 在 PAPCFs 和 CCFs 电极上镀有 mA h cm -2 锂时的SEM 图,PAPCFs在镀锂后仍然显现出平整光滑的表面,而普通的CCFs则出现了疏松的锂枝晶,表明了PAPCFs对调控锂沉积有重要的意义。 PAPCFs 和 CCFs 电极界面信息的有限元模拟。(g) 分别用于 PAPCFs 和 CCFs 电极的 18 24 µm 2 半电池电沉积系统下具有恒定反应电流和电极表面的电流密度矢量分布,轮廓中的箭头代表锂离子的运动。 (h) 分别具有多孔结构和不具有多孔结构的 PAPCFs 电极在 18 24 µm 2 半电池电沉积系统下的平衡的锂离子浓度分布。在相同几何尺寸下,高比表面积将降低电极表面上的局部电流密度。因此,多孔电极上的电流密度设置为无孔电极上的一半。 (f) 多孔和非多孔电极中沿 Y 方向的一维横截面的锂离子浓度分布。 Y 方向表示垂直于电极。 (i) PAPCFs 在初始状态调节低浓度梯度和均匀的 Li + 通量分布,实现均匀的锂沉积的示意图。

Fig. 1 The structure and initial Li deposition characteristic on PAPCFs and contrastive CCFs. (a-b) SEM images and (c) N2 adsorption-desorption isotherm and cumulative pore volume ( nm) calculated by the use of DFT-model of PAPCFs. (d, e) SEM images for Li deposition morphology with mA h cm-2 of Li plated on PAPCFs and CCFs electrode. Finite element simulation for the interface information of PAPCFs and CCFs electrodes. (g) Current density vector profiles with constant-reaction-current electrode surfaces at 18 24 µm2 half cell electrodeposition system for PAPCFs and CCFs electrode, respectively. The arrows in the profiles stand for the movement of Li-ion. (h) Equilibrium Li-ion concentration profiles at 18 24 µm2 half cell electrodeposition system for PAPCFs electrode with and without porous structure, respectively. The high surface area will reduce the local current density on the electrode surface under the same geometry dimensions. Therefore, the current density on the porous electrode is set as a half of that on the non-porous electrode. (f) 1D cross-sectional Li-ion concentration profiles along Y direction in porous and non-porous electrodes. The Y direction is perpendicular to the electrode. (i) Schematic diagrams of PAPCFs to regulate low concentration gradient and even Li+ flux distribution for uniform Li deposition at initial state.

图2 展示了Li@PAPCFs复合负极的镀锂/脱锂稳定性与循环过程中的形貌演变。(a) 三种对称电池(Li@PAPCFs、Li@CCFs 和 Li 箔)在 1 mA cm -2 和 2 mA h cm -2 下的时间-电压曲线。(b-d) Li@PAPCFs 和 (e-g) Li@CCFs 在 200 次循环后的 SEM 图以及截面图(状态 A)。Li@PAPCFs 对称电池 (h) 在 4 mA cm -2 的电流密度下和 2 mA h cm -2 的容量下和 (i) 在 2 mA cm -2 的电流密度下和 4 mA h cm -2 的容量下的时间-电压图。 从所有的时间-电压曲线可知,该PAPCFs在不同的电流密度以及不同的容量下始终表现出最小的极化,说明具有平行排列且具有丰富孔结构的PAPCFs在重复的镀锂/脱锂循环过程中保持了优异的结构稳定性并始终维持着稳定的固体电解质膜。此外,其高的表面积很好地均匀了锂离子流,抑制了枝晶的生长。

Fig. 2 The Li plating/stripping stability and morphology evolution of Li@PAPCFs. (a) Voltage profiles in three types of symmetrical cells (Li@PAPCFs, Li@CCFs, and Li foil) at 1 mA cm-2 and 2 mA h cm-2. Insert: Magnified voltage profiles at the 100th, 200th, and 500th cycle, respectively. Top view and cross section of SEM images of (b-d) Li@PAPCFs and (e-g) Li@CCFs after 200 cycles (state A). Voltage profiles of Li@PAPCFs symmetrical cell (h) at 4 mA cm-2 and 2 mA h cm-2 and (i) at 2 mA cm-2 and 4 mA h cm-2. Insert: Magnified voltage profiles at specific a certain cycles.

图3展示了NMC111-Li@PAPCFs、NMC111-Li@CCFs和NMC111-Li全电池的电化学性能。(a) 在电流密度为 1 C时,第 1 次和第 10 次循环的比容量-电压曲线。(b)GITT测试,从图中可以明显地看出NMC111-Li@PAPCFs的平均 D app, Li在相同的测试环境下最高,表明Li@PAPCFs具有更好的Li + /电子传导性以及更好的界面稳定性;(c)不同倍率下的电化学性能。 (d) 1 C下的长循环稳定性。

Fig. 3 The electrochemical performance of NMC111-Li@PAPCFs, NMC111-Li@CCFs, and NMC111-Li full cells. (a) Voltage profiles at 1 C for the 1st and 10th cycle. (b) GITT tests of the D app, Li along with the galvanostatic charge-discharge process of 4th cycle at C. (c) Rate performance at the different rates. (d) Long-term cycle stability at 1 C.

图4是 Li@PAPCFs 和其对应的全电池的低温性能。 Li@PAPCFs 对称电池在(a)1 mA cm -2 和 2 mA h cm -2 下0 的时间-电压曲线,(b) mA cm -2 和 1 mA h cm -2 下-15 的时间-电压曲线。 PAPCFs 在预先镀有10 mA h cm -2 后(Li@PAPCFs)(c-e) 和在 0 电镀/剥离循环后的SEM图和截面图(f-h)。NMC111-Li@PAPCFs 在(i)不同倍率和温度下的容量保持率,(j) C不同温度下的充放电曲线。(k) NMC111-Li@CCFs 与 NMC111-Li@PAPCFs 在不同倍率和温度下的容量保持率。 NMC111-Li@PAPCFs 在电流密度为1 C时,温度为 (l) 0 和 (m) -15 时的长循环稳定性。

Fig. 4 LT tolerance of Li@PAPCFs and the corresponding full cell. Voltage profiles of Li@PAPCFs symmetrical cell (a) for 0 at 1 mA cm-2 and 2 mA h cm-2 and (b) for -15 at mA cm-2 and 1 mA h cm-2. Insert: Magnified voltage profiles at specific a certain cycles. Top view and cross section of SEM images of Li@PAPCFs (c-e) after the initial Li plating of 10 mA h cm-2 and (f-h) after the plating/stripping cycles at 0 . (i) Capacity retention ( C r) of NMC111-Li@PAPCFs at different rates and temperatures vs. 25 . (j) Charge-discharge profiles at C for different temperatures. (k) C r of NMC111-Li@CCFs vs. NMC111-Li@PAPCFs at different rates and temperatures. Long-term cycle stability of NMC111-Li@PAPCFs at (l) 0 for 1 C and (m) -15 for C.

总结与展望

从商业无纺布中提取的可再生、可伸缩的3D轻质碳骨架可以很好地实现Li的均匀成核和沉积,使HLCA在长期循环甚至低温条件下依然能够实现保持完整的结构,同时也能维持稳定的电极/电解液界面。其中,碳骨架的平行排列可以均匀化Li + 分布;其大的比表面积可以大大降低有效电流密度,缓解电极界面的浓度梯度,从而形成稳定的富含LiF的 SEI 层。其对称电池和全电池的循环稳定性优于目前所报道的亲碳或亲锂修饰的碳宿主,表明HLCA的内在排列模式和微观结构对实现具有高稳定性以及高安全性的锂金属负极的重要性。本工作从实用角度出发,为一系列可充电金属电池提供了一种很有前途的碳主体材料。

作者介绍

吴兴隆 ,东北师范大学教授,教育部“青年长江学者”,课题组的研究领域包括纳米能源材料(用于锂离子电池、钠离子电池和电化学电容器等)、新型电化学储能器件、锂离子电池回收与再利用。已在《Adv. Mater.》(5篇)、《Energy Environ. Sci.》、《Sci. Bull.》、《Adv. Energy Mater.》(5篇)、《Adv. Funct. Mater.》、《Energy Storage Mater.》(2篇)、《Nano Energy》、《Small》(3篇)和《J. Mater. Chem. A》(12篇)等学术期刊发表通讯/第一作者论文110余篇。14篇论文被评选为ESI高引论文,文章被引用超过11000次,H指数为57;已获授权发明专利17项;负责了锂离子电池正极材料从实验室到中试,再到小规模工业化生产定型,开发了多款高性能锂离子电池产品。主持了国家自然科学基金委重大研究计划和吉林省省 科技 厅等十余项研究课题。曾获得教育部自然科学研究成果一等奖和中国科学院 科技 成果转化二等奖等 科技 奖励。

参考文献

Chao-Ying Fan, Dan Xie, Xiao-Hua Zhang, Wan-Yue Diao, Ru Jiang, Xing-Long Wu, Homogeneous Li + Flux Distribution Enables Highly Stable and Temperature-Tolerant Lithium Anode. Adv. Funct. Mater. 2021, 2102158.

锂离子电池论文参考文献

锂电池原理 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳.常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中.放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合.锂离子的移动产生了电流. 化学反应原理虽然很简单,然而在实际的工业生产中,需要考虑的实际问题要多得多:正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性,负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子;填充在正负极之间的电解液,除了保持稳定,还需要具有良好导电性,减小电池内阻. 虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应,记忆效应的原理是结晶化,在锂电池中几乎不会产生这种反应.但是,锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降,其原因是复杂而多样的.主要是正负极材料本身的变化,从分子层面来看,正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞;从化学角度来看,是正负极材料活性钝化,出现副反应生成稳定的其他化合物.物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况,总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目. 过度充电和过度放电,将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏,从分子层面看,可以直观的理解,过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去,而使得其中一些锂离子再也无法释放出来.这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因. 不适合的温度,将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物,所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂.在电池升温到一定的情况下,复合膜膜孔闭合或电解质变性,电池内阻增大直到断路,电池不再升温,确保电池充电温度正常. 而深充放能提升锂离子电池的实际容量吗?专家明确地告诉我,这是没有意义的.他们甚至说,所谓使用前三次全充放的“激活”也同样没有什么必要.然而为什么很多人深充放以后 Battery Information 里标示容量会发生改变呢 ? 后面将会提到. 锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片.其中管理芯片中有一系列的寄存器,存有容量、温度、ID 、充电状态、放电次数等数值.这些数值在使用中会逐渐变化.我个人认为,使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值,使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况. 充电控制芯片主要控制电池的充电过程.锂离子电池的充电过程分为两个阶段,恒流快充阶段(电池指示灯呈黄色时)和恒压电流递减阶段 ( 电池指示灯呈绿色闪烁.恒流快充阶段,电池电压逐步升高到电池的标准电压,随后在控制芯片下转入恒压阶段,电压不再升高以确保不会过充,电流则随着电池电量的上升逐步减弱到 0 ,而最终完成充电. 电量统计芯片通过记录放电曲线(电压,电流,时间)可以抽样计算出电池的电量,这就是我们在 Battery Information 里读到的 wh. 值.而锂离子电池在多次使用后,放电曲线是会改变的,如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线,其计算出来的电量也就是不准确的.所以我们需要深充放来校准电池的芯片. 参考文献:友人网

锂离子电池原理如下充电过程,锂离子从正极板内脱嵌出来.进入电解液穿过隔膜,最后镶嵌进负极板内;放电过程.锂离子从负极板内脱嵌出来,进入电解液穿过隔膜,最后镶嵌进正极板内。业内形象的称之为“摇椅”电池,充电锂离子摇到了负极.放电又摇回了正极。这张图片来源于网络,阳极主成份是钻酸锂,阴极主成份是碳,电解质为聚合物。1.正极板的主要成分不同.形成了前面提到的钻酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元锂四大类,例如钻酸锂电心的正极是LICoO2加导电剂和粘合剂,涂在铝箔上形成正极板。铝箔是集流体,等同于铅酸电池的阳极板栅和汇流排.铝箔与铝箔间用超声波焊接。由阳极主材料分类,锂电池有四种:钻酸锂、磷酸铁锂(有时简称铁锂)、锰酸锂和三元锂四种。目前,关于阳极主材料的研究仍在继续,品种还在增加。2.负极板,锂离子电池一般用碳材料(主要是石墨)作负极,是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上:这里,铜箔是集流体,等同于铅酸电池的阴极板栅和汇流排,铜箔与铜箔间用点焊机焊接。3.电解液是含锂离子的.成分比较复杂,多用代号表示,第一代电解液:PC+DME+IMLiPF6,与石墨负极匹配性差,易发生溶剂共嵌入。第二代电解液:EC+DMC(orDEC)+lMLlPF6,低温性能差。第三代电解液:EC+DMC(DEC)+EMC+lMLiPF6.电导率可达10-2S.cm-1.>50%。目前工作大多集中在选择添加剂方面,以提高电池首次充放电效率,提高SEI(该代号后文化成中有解释)稳定性。

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针对锂金属不均匀沉积造成的锂枝晶生长以及死锂疯狂聚集等问题,本工作利用平行排列的具有多孔结构的轻质碳骨架,在电镀过程中为锂沉积提供足够的空间和连续的导电网络,从而来均匀化锂离子分布,使电极/电解液的界面处的电流密度分布均匀,达到抑制锂枝晶生长以及缓解金属锂循环过程中的体积膨胀的目的。作者对其复合金属负极进行了一系列电化学性能的测试,所测结果表明该复合锂金属负极所组成的对称电池在 mAh cc, mAh cm -2 的条件下可稳定循环4800 h而没有明显的电压滞后现象。此外,以该复合锂电极为负极,NCM811为正极所组装的全电池也展现出了优异的循环稳定性以及高的倍率性能。更重要的是,低温性能测试结果表明,该复合金属锂负极在低温下依然具有优异的可逆性以及循环稳定性。在此基础上,作者还通过理论计算很好地验证了实验结果,进一步证明了该平行排列的多孔结构有利于促进锂离子的均匀沉积,实现锂金属负极的稳定循环

背景介绍

金属锂表现出的高理论比容量(3860 mAh g -1 )和超低电化学电势( V),一直是二次电池领域人们为之神往的圣杯。然而,锂金属负极中的枝晶生长以及固态电解质界面的不稳定性成为它趋向完美的严重阻碍。锂枝晶的生长以及界面的不稳定会造成金属锂的可持续利用率降低,甚至会刺穿隔膜造成电池爆炸等安全性问题。因此,控制金属锂的均匀沉积是实现锂电池实际应用的重要途径之一。目前,已经有许多策略致力于稳定锂金属负极,其中一个重要的方向就是通过构建合适的功能性的3D集流体框架,促进锂离子的均匀沉积,实现无枝晶的锂金属负极。相比3D的金属集流体,碳集流体以其优异的的化学稳定性、柔韧性及可延展性而被广泛研究,但是其本身的疏锂性以及有限的比表面积阻止了其进一步的发展。因此,本工作从这两个方面出发设计了平行排列且具有多孔结构的碳骨架(PAPCFs)来稳定锂金属负极。

图文解析

图1展示了PAPCFs和CCFs上的结构和初始锂沉积的特性。(a-b) SEM 图像和 (c) 通过使用 PAPCFs 的 DFT 模型计算的 N2 吸附-解吸等温线和累积孔体积 ( nm); (d-e) 在 PAPCFs 和 CCFs 电极上镀有 mA h cm -2 锂时的SEM 图,PAPCFs在镀锂后仍然显现出平整光滑的表面,而普通的CCFs则出现了疏松的锂枝晶,表明了PAPCFs对调控锂沉积有重要的意义。 PAPCFs 和 CCFs 电极界面信息的有限元模拟。(g) 分别用于 PAPCFs 和 CCFs 电极的 18 24 µm 2 半电池电沉积系统下具有恒定反应电流和电极表面的电流密度矢量分布,轮廓中的箭头代表锂离子的运动。 (h) 分别具有多孔结构和不具有多孔结构的 PAPCFs 电极在 18 24 µm 2 半电池电沉积系统下的平衡的锂离子浓度分布。在相同几何尺寸下,高比表面积将降低电极表面上的局部电流密度。因此,多孔电极上的电流密度设置为无孔电极上的一半。 (f) 多孔和非多孔电极中沿 Y 方向的一维横截面的锂离子浓度分布。 Y 方向表示垂直于电极。 (i) PAPCFs 在初始状态调节低浓度梯度和均匀的 Li + 通量分布,实现均匀的锂沉积的示意图。

Fig. 1 The structure and initial Li deposition characteristic on PAPCFs and contrastive CCFs. (a-b) SEM images and (c) N2 adsorption-desorption isotherm and cumulative pore volume ( nm) calculated by the use of DFT-model of PAPCFs. (d, e) SEM images for Li deposition morphology with mA h cm-2 of Li plated on PAPCFs and CCFs electrode. Finite element simulation for the interface information of PAPCFs and CCFs electrodes. (g) Current density vector profiles with constant-reaction-current electrode surfaces at 18 24 µm2 half cell electrodeposition system for PAPCFs and CCFs electrode, respectively. The arrows in the profiles stand for the movement of Li-ion. (h) Equilibrium Li-ion concentration profiles at 18 24 µm2 half cell electrodeposition system for PAPCFs electrode with and without porous structure, respectively. The high surface area will reduce the local current density on the electrode surface under the same geometry dimensions. Therefore, the current density on the porous electrode is set as a half of that on the non-porous electrode. (f) 1D cross-sectional Li-ion concentration profiles along Y direction in porous and non-porous electrodes. The Y direction is perpendicular to the electrode. (i) Schematic diagrams of PAPCFs to regulate low concentration gradient and even Li+ flux distribution for uniform Li deposition at initial state.

图2 展示了Li@PAPCFs复合负极的镀锂/脱锂稳定性与循环过程中的形貌演变。(a) 三种对称电池(Li@PAPCFs、Li@CCFs 和 Li 箔)在 1 mA cm -2 和 2 mA h cm -2 下的时间-电压曲线。(b-d) Li@PAPCFs 和 (e-g) Li@CCFs 在 200 次循环后的 SEM 图以及截面图(状态 A)。Li@PAPCFs 对称电池 (h) 在 4 mA cm -2 的电流密度下和 2 mA h cm -2 的容量下和 (i) 在 2 mA cm -2 的电流密度下和 4 mA h cm -2 的容量下的时间-电压图。 从所有的时间-电压曲线可知,该PAPCFs在不同的电流密度以及不同的容量下始终表现出最小的极化,说明具有平行排列且具有丰富孔结构的PAPCFs在重复的镀锂/脱锂循环过程中保持了优异的结构稳定性并始终维持着稳定的固体电解质膜。此外,其高的表面积很好地均匀了锂离子流,抑制了枝晶的生长。

Fig. 2 The Li plating/stripping stability and morphology evolution of Li@PAPCFs. (a) Voltage profiles in three types of symmetrical cells (Li@PAPCFs, Li@CCFs, and Li foil) at 1 mA cm-2 and 2 mA h cm-2. Insert: Magnified voltage profiles at the 100th, 200th, and 500th cycle, respectively. Top view and cross section of SEM images of (b-d) Li@PAPCFs and (e-g) Li@CCFs after 200 cycles (state A). Voltage profiles of Li@PAPCFs symmetrical cell (h) at 4 mA cm-2 and 2 mA h cm-2 and (i) at 2 mA cm-2 and 4 mA h cm-2. Insert: Magnified voltage profiles at specific a certain cycles.

图3展示了NMC111-Li@PAPCFs、NMC111-Li@CCFs和NMC111-Li全电池的电化学性能。(a) 在电流密度为 1 C时,第 1 次和第 10 次循环的比容量-电压曲线。(b)GITT测试,从图中可以明显地看出NMC111-Li@PAPCFs的平均 D app, Li在相同的测试环境下最高,表明Li@PAPCFs具有更好的Li + /电子传导性以及更好的界面稳定性;(c)不同倍率下的电化学性能。 (d) 1 C下的长循环稳定性。

Fig. 3 The electrochemical performance of NMC111-Li@PAPCFs, NMC111-Li@CCFs, and NMC111-Li full cells. (a) Voltage profiles at 1 C for the 1st and 10th cycle. (b) GITT tests of the D app, Li along with the galvanostatic charge-discharge process of 4th cycle at C. (c) Rate performance at the different rates. (d) Long-term cycle stability at 1 C.

图4是 Li@PAPCFs 和其对应的全电池的低温性能。 Li@PAPCFs 对称电池在(a)1 mA cm -2 和 2 mA h cm -2 下0 的时间-电压曲线,(b) mA cm -2 和 1 mA h cm -2 下-15 的时间-电压曲线。 PAPCFs 在预先镀有10 mA h cm -2 后(Li@PAPCFs)(c-e) 和在 0 电镀/剥离循环后的SEM图和截面图(f-h)。NMC111-Li@PAPCFs 在(i)不同倍率和温度下的容量保持率,(j) C不同温度下的充放电曲线。(k) NMC111-Li@CCFs 与 NMC111-Li@PAPCFs 在不同倍率和温度下的容量保持率。 NMC111-Li@PAPCFs 在电流密度为1 C时,温度为 (l) 0 和 (m) -15 时的长循环稳定性。

Fig. 4 LT tolerance of Li@PAPCFs and the corresponding full cell. Voltage profiles of Li@PAPCFs symmetrical cell (a) for 0 at 1 mA cm-2 and 2 mA h cm-2 and (b) for -15 at mA cm-2 and 1 mA h cm-2. Insert: Magnified voltage profiles at specific a certain cycles. Top view and cross section of SEM images of Li@PAPCFs (c-e) after the initial Li plating of 10 mA h cm-2 and (f-h) after the plating/stripping cycles at 0 . (i) Capacity retention ( C r) of NMC111-Li@PAPCFs at different rates and temperatures vs. 25 . (j) Charge-discharge profiles at C for different temperatures. (k) C r of NMC111-Li@CCFs vs. NMC111-Li@PAPCFs at different rates and temperatures. Long-term cycle stability of NMC111-Li@PAPCFs at (l) 0 for 1 C and (m) -15 for C.

总结与展望

从商业无纺布中提取的可再生、可伸缩的3D轻质碳骨架可以很好地实现Li的均匀成核和沉积,使HLCA在长期循环甚至低温条件下依然能够实现保持完整的结构,同时也能维持稳定的电极/电解液界面。其中,碳骨架的平行排列可以均匀化Li + 分布;其大的比表面积可以大大降低有效电流密度,缓解电极界面的浓度梯度,从而形成稳定的富含LiF的 SEI 层。其对称电池和全电池的循环稳定性优于目前所报道的亲碳或亲锂修饰的碳宿主,表明HLCA的内在排列模式和微观结构对实现具有高稳定性以及高安全性的锂金属负极的重要性。本工作从实用角度出发,为一系列可充电金属电池提供了一种很有前途的碳主体材料。

作者介绍

吴兴隆 ,东北师范大学教授,教育部“青年长江学者”,课题组的研究领域包括纳米能源材料(用于锂离子电池、钠离子电池和电化学电容器等)、新型电化学储能器件、锂离子电池回收与再利用。已在《Adv. Mater.》(5篇)、《Energy Environ. Sci.》、《Sci. Bull.》、《Adv. Energy Mater.》(5篇)、《Adv. Funct. Mater.》、《Energy Storage Mater.》(2篇)、《Nano Energy》、《Small》(3篇)和《J. Mater. Chem. A》(12篇)等学术期刊发表通讯/第一作者论文110余篇。14篇论文被评选为ESI高引论文,文章被引用超过11000次,H指数为57;已获授权发明专利17项;负责了锂离子电池正极材料从实验室到中试,再到小规模工业化生产定型,开发了多款高性能锂离子电池产品。主持了国家自然科学基金委重大研究计划和吉林省省 科技 厅等十余项研究课题。曾获得教育部自然科学研究成果一等奖和中国科学院 科技 成果转化二等奖等 科技 奖励。

参考文献

Chao-Ying Fan, Dan Xie, Xiao-Hua Zhang, Wan-Yue Diao, Ru Jiang, Xing-Long Wu, Homogeneous Li + Flux Distribution Enables Highly Stable and Temperature-Tolerant Lithium Anode. Adv. Funct. Mater. 2021, 2102158.

锂离子电池论文

如今电动 汽车 愈发受到市场青睐,但漫长的充电时间也让人望而却步。传统燃油 汽车 仅需5分钟即可满油增程500公里,而目前市售最先进的电动 汽车 则需要“坐等”充电一小时才能达到同样的增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是电动 汽车 行业的重要目标。中国科学技术大学的这项最新研究突破使人类距离该目标更近了一步。 论文第一作者金洪昌博士介绍:“在锂离子电池中,能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池,因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键;另一方面,单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。” 黑磷是白磷的同素异形体,特殊的层状结构赋予了它很强的离子传导能力和高理论容量,是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏,实测性能远低于理论预期。 为此,季恒星团队采用“界面工程”策略将黑磷和石墨通过磷碳共价键连接在一起,在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。针对电极材料在工作过程中会被电解液逐渐分解的化学物质所包裹,部分物质会阻碍锂离子进入电极材料,就像玻璃表面的灰尘阻碍光线穿透一样。研究团队用轻薄的聚合物凝胶做成防尘外衣“穿”在黑磷石墨复合材料表面,使锂离子得以顺利进入。 “我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明,电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量,2000次循环后仍可保持90%的容量。”论文共同第一作者、中国科学院化学研究所研究员辛森介绍说,“如果能够实现这款材料的大规模生产,找到匹配的正极材料及其他辅助材料,并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计,将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。” 这样的锂离子电池能够使电动 汽车 的行驶里程接近1000公里,而特斯拉Model S满电后的行驶里程为650公里。快速充电能力将使电动 汽车 的用户体验上升一个台阶。

稿源:cnBeta 美国能源部旗下 SLAC 国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员们,刚刚介绍了一种能够极大地恢复可充电锂电池效能的方法。对于电动 汽车 和下一代电子设备来说,这意味着相关产品的电池寿命可进一步延长。据悉,在经历了多次充放电循环之后,锂电池会在电极间形成不那么活跃的锂孤岛,从而降低电池的储能效果。 (图自:Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory) 好消息是,研究人员们发现,他们能够让“濒死”的锂岛向蠕虫一样前往其中一个电极、直至实现重新连接,从而部分逆转了不良衰减的过程。 由 2021 年 12 月 22 日发表于《自然》杂志上的这项研究可知 —— 通过引入这个额外的步骤,该团队得以将锂电池寿命延长近 30% 。 论文一作、斯坦福大学博士后研究员 Fang Liu 表示:“我们现正 探索 使用极快的放电步骤,来回复锂离子电池容量损失的可能性”。 如上图所示,但过一个失活的锂金属岛移动到电池的阳极(或负极)并实现重新连接时,它就能够恢复生机、用于电荷储存和为电子流动提供支撑。 下方动画展示了实验装置的原理,解释了“濒死”的锂岛是如何在电池充放电循环过程中,在阴阳(红蓝)两极之间来回蠕动的。 考虑到当前锂电池已被广泛运用于手机、笔记本电脑和电动 汽车 ,大量研究团队都在寻找重量更轻、寿命更长、安全性更高、充电速度更快的可充电电池方案。 其中一个发展方向是锂金属电池,在相同的单位体积重量下,它能够储存更大的容量、充电效率也更高。若得到普及,下一代电动 汽车 的重量和空间占用都可更少、或在同等电池体积下实现更长的续航里程。 不过无论固态或锂离子电池,它们都要用到带正电的锂离子在两极之间来回穿梭。随着时间的推移,一些金属锂会出现电化学惰性、形成不再与电极连接的锂孤岛,从而造成容量的损失。 有关这项研究的详情,还请移步至 2021 年 12 月 22 日正式出版的《自然》(Nature)期刊查看。 原标题为《Dynamic spatial progression of isolated lithium during battery operations》。

锂离子动力电池论文参考文献

我知道有两本刊物(材料科学、材料化学前沿)上面的文献都是可以免费查阅的

​内阻是评价电池性能的重要指标之一 内阻的测试包括交流内阻与直流内阻。对于单体电池,一般以交流内阻来进行评价,即通常称为欧姆内阻。但对于大型电池组应用,如电动车用电源系统来说,由于测试设备等方面的限制,不能或不方便来直接进行交流内阻的测试,一般通过直流内阻来评价电池组的特性。 在实际应用中,也多用直流内阻来评价电池的健康度,进行寿命预测,以及进行系统 SOC、输出/输入能力等的估计。在生产中,可以用来检测故障电池如微短路等现象。 目前常用的直流内阻测试方法有以下三个: ( 1 )美国《 FreedomCAR  电池测试手册》中的  HPPC  测试方法:测试持续时间为 10s ,施加的放电电流为  5C  或更高,充电电流为放电电流的   。具体电流的选择根据电池的特性来制定; (2)日本JEVSD713 2003 的测试方法,原来主要针对 Ni/MH 电池,后也应用于锂离子电池,首先建立 0~100% SOC 下电池的电流一电压特性曲线,分别以 1C、2C、5C、10C 的电流对设定 SOC 下的电池进行交替充电或放电,充电或放电时间分别为10s,计算电池的直流内阻; (3)我国“863”计划电动汽车重大专项《HEV 用高功率锂离子动力蓄电池性能测试规范》中提出的测试方法,测试持续时间为 5s,充电测试电流为 3C,放电测试电流为 9C; 说明: 充电方法:生产商规定的充电方法; 放电电流:5C或者生产商规定的最大放电倍率的25%放电电流; 测试方法: 1. 满充电池,休眠5分钟,1C电流进行放完电;进行3次完整的容量测试; 要求:三次容量误差<2% 2. 满充电池,按照1C放电到10%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 3. 满充电池,按照1C放电到20%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 4. 满充电池,按照1C放电到30%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 5. 满充电池,按照1C放电到40%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 6. 满充电池,按照1C放电到50%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 7. 满充电池,按照1C放电到60%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 8. 满充电池,按照1C放电到70%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 9. 满充电池,按照1C放电到80%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S; 10. 满充电池,按照1C放电到90%DOD,休眠1小时,然后以5C放电10S,休眠30S,充电10S;数据要求: 1. 记录每次深度放电后的OCV; 2. 根据每次深度放电后的脉冲放电和充电数据,计算充电和放电的DCR; 3. 根据每次放电深度的DCR和OCV计算Pdis; Pdis=Vmin ( Voc-Vmin ) /Rdis Vmin:电池放电截止电压 Voc:每次深度放电后的电压 Rdis:每次深度放电的DCR 4. 充电和放电的Pdis VS DOD 曲线图;OCV VS DOD;充电和放电的Rdis VS DOD曲线图; 5. 1个脉冲循环的Current VS Time 图。 1. 测试对象与设备 测试对象:某100Ah磷酸铁锂方形电芯,参数如下表1; 容量100Ah 工作电压 电池内阻≤Ω 工作温度(充电)-15~55℃ 工作温度(放电)-30~55℃ 电池重量 最大脉冲放电电流300Ah(10s) 表一:100Ah磷酸铁锂方形电芯参数 测试设备:MACCOR 5V200A(12CH) BEV循环存储DCR测试 2. 测试电流 由于此款电芯最大放电电流为3C,为安全起见,本次测试最大放电电流为2C,且分别测试电芯的充放电直流内阻。 3. 测试前准备 为提高测试数据的准确性,采用两个电芯进行同时测试,将电芯贴上热电偶,并连接好线路,将电芯放入测试温箱,温度设置为25℃。4. 测试容量 满充电池,休眠5分钟,1C电流进行放完电;进行3次完整的容量测试,测试结果显示3次容量误差<2%,满足要求。 5. 测试步骤 分别测试电芯的直流内阻,根据每次深度放电后的脉冲放电和充电数据,计算充电和放电的DCR。 6. 相关计算 根据每次放电深度的DCR和OCV计算Pdis Pdis=Vmin ( Voc-Vmin ) /Rdis Vmin电池放电截止电压,Voc每次深度放电后的电压,Rdis每次深度放电的DCR; 7.制作相关曲线图 充电和放电的Pdis VS DOD 曲线图;OCV VS DOD,充电和放电的Rdis VS DOD曲线图 (以1C为例进行简单分析) 图1:1C放电时直流内阻随SOC变化曲线图 图2:1C充电时直流内阻随SOC变化曲线图 从图1和图2中可以看出,电芯在充电时,直流内阻的变化较小。放电时,直流内阻随SOC逐渐增大而减小。 ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍ 图3:1C放电时电压随SOC变化曲线图 图4:1C充电时电压随SOC变化曲线图 从图3和图4中可以看出,电芯的电压在70%~100%SOC以及30%~60%SOC时,较为稳定,在10%~30%SOC以及60%~70%SOC呈现变化斜率较大的情况。 图5:1C放电时功率随SOC变化曲线图 图6:1C充电时功率随SOC变化曲线图 从图5和图6中可以看出,电芯在充电时的功率变化不大,在区间1200~1600W之间波动,放电时,随着SOC的逐渐减小,放电功率也逐渐减小。 8. 电芯各个充放电状态的直流内阻对比 图7:不同电流放电时直流内阻随SOC变化曲线图 图8:不同电流充电时直流内阻随SOC变化曲线图 从图7和图8中可以看出,在10%~30%SOC时,电芯的充电直流内阻略小于放电的直流内阻,大于30%SOC时,电芯的充电直流内阻大于放电的直流内阻,且在50%~70%SOC之间,直流内阻的变化较小    总结   1. 电芯的电压在70%~100%SOC以及30%~60%SOC时,较为稳定,在10%~30%SOC以及60%~70%SOC呈现变化斜率较大的情况,与电芯的电压特性相符; 2. 电芯在充电时的功率变化不大,放电时,随着SOC的逐渐减小,放电功率也逐渐减小; 3. 在10%~30%SOC时,电芯的充电直流内阻略小于放电的直流内阻,大于30%SOC时,电芯的充电直流内阻略大于放电的直流内阻; 4. 50%~70%SOC之间,直流内阻的变化较为平稳。 THE END 文章有用就关注“做个热设计”微信公众号吧

电动客车前围与后围设计

锂离子电池论文的期刊

推荐《仪器仪表学报》,属于EI期刊,收录如下:

《仪器仪表学报》被以下数据库收录:

CA 化学文摘(美)(2014)

SA 科学文摘(英)(2011)

JST 日本科学技术振兴机构数据库(日)(2013)

EI 工程索引(美)(2016)

CSCD 中国科学引文数据库来源期刊(2017-2018年度)(含扩展版)

北京大学《中文核心期刊要目总览》来源期刊:

1992年(第一版),1996年(第二版),2000年版,2004年版,2008年版,2011年版,2014年版;

1.引论部分:开篇提出论点:我们中国人是有骨气的。接着,用孟子的话解释论点“富贵不能淫,贫贱不能移,威武不能屈。”2.本论部分:用三个事例分别证明论点:文天祥的富贵不能淫;穷人不食嗟来之食的贫贱不能移,闻一多的威武不能屈。3.结论部分:解释当今无产阶级的骨气并发出号召。三个部分之间都有过渡:在引论和本论之间有“我们祖先的许多有骨气的动人事迹,还有他积极的教育意义。”引出下面三个事例的叙述。本论和结论之间有“孟子的这些话,虽然在两千多年以前说的,但直到现在,还有他积极的意义。”进行过渡。在第一和第二例之间,有“另一个故事”“还有个例子”进行过渡。这些过渡句,使文章浑然一体。三个部分分别回答了三个问题:引论部分解答 “是什么”的问题;本论部分解答“为什么(有骨气)”的问题;结论部分回答“我们怎么办”的问题。

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