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锂离子电池热失控蔓延问题研究综述
芮新宇;冯旭宁;韩雪冰;卢兰光;欧阳明高;随着新能源电动汽车的迅速推广,动力电池的安全性成为人们关注的焦点。锂离子电池的热失控蔓延问题是造成电动汽车事故危害的重要因素。本文整理了国内外学者针对锂离子电池热失控蔓延的机理,模型仿真以及抑制方法等方面的最新研究工作,并对今后锂离子电池热失控蔓延问题的研究趋势做出了展望。
锂离子电池模型综述
刘鹏;梁新成;黄国钧;锂离子电池的性能是影响电动汽车动力性能最主要的因素之一,锂电池的荷电状态(SOC)是电动汽车电池管理系统(BMS)的核心,为整车电池组的控制提供判断基准。建立一个准确的锂离子电池模型是实现电池SOC在线监测的关键,SOC的精确程度直接影响着锂电池的输出特性、使用寿命和安全性能等方面。有鉴于此,本文对电化学模型、等效电路模型、神经网络模型以及热耦合模型的特点进行综述,最后对未来用于SOC精确在线估计的锂离子电池模型进行了展望。
锂离子动力电池热管理技术研究综述
刘仙鹤;韩涛;张飘飘;冀荣丽;王浩昌;新能源电动技术日新月异，动力电池作为电动汽车的核心部件，直接影响整车性能，热管理技术是保障其性能与安全的关键。本文梳理了锂离子动力电池热管理技术，对比分析了空气冷却、液冷、相变材料冷却、热管冷却、直冷等多种散热方式的优缺点，不同散热方式在散热效率、成本、复杂程度和环境适应性等方面存在显著差异。同时，本文总结了不同散热方式亟须解决的问题，轻量化、安全性、可靠性、耦合冷却以及智能精准控制是未来的研究热点，可为锂离子动力电池热管理技术的理论研究和工程应用提供参考。
基于磷酸三乙酯基电解液与玻璃纤维隔膜的锂离子电池安全性实验研究
李耀;郑东;为了提升锂离子电池在极端高温环境下的安全性，本文提出了一种基于磷酸三乙酯（TEP）基电解液与玻璃纤维（GF）隔膜的电池，通过自熄灭时间测试、隔膜热收缩率分析及软包电池的高温自燃实验，对比了该体系与传统商用电池（碳酸酯类电解液-聚烯烃隔膜）的安全性能。实验结果表明，当电解液中碳酸酯类（VC）添加量超过5%（质量分数）时，会对电解液安全性带来极大危害，进而增加热失控风险；玻璃纤维隔膜在150～200℃下热收缩率低于1%，远优于商用聚烯烃隔膜（热收缩率>32%）。在进一步的软包电池高温自燃实验中，TEP基电解液-GF隔膜电池相较于商用电池，在400℃与450℃下燃烧起始时间分别延迟35.8%与65.0%，燃烧持续时间减少70.1%与94.7%，最高温度降低42.6%与43.4%，在350℃下，商用电池持续燃烧128 s，相比之下，TEP基电解液-GF隔膜体系电池热失控触发温度提升约75%,350℃下实现了完全无明火状态。该研究为高安全性锂离子电池的设计提供了实验依据和技术支持。
锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展
黄学杰简要介绍了高安全型锂离子动力电池正极材料—磷酸铁锂的研究进展;报导了通过固相法在不同温度下合成了LiFePO4;研究结果表明与LiCoO2相比,LiFePO4材料具有更好的热稳定性,对于非常规条件下使用具有更强的忍耐力。研究了Cr掺杂LiFePO4材料;当Cr3+在Li位取代后,材料的电子电导率提高了107～108个数量级,从而大幅度提高了材料大电流工作能力,使该种材料的实际应用成为可能。
全固态电池电解质研究进展及挑战
施艳霞;司雅楠;邵俊华;张利娟;王郝为;王亚洲;张志强;全固态电池电解质技术旨在突破锂离子电池能量密度与安全瓶颈。氧化物、硫化物、卤化物及聚合物电解质各具优势与挑战。氧化物电解质热稳定性好但界面接触不良；硫化物电解质离子传导快但空气稳定性差且成本高；卤化物电解质电化学窗口宽但湿气敏感；聚合物电解质柔韧易加工但室温电导率低。文中提出掺杂、3D打印、高模量材料及原位界面工程等策略提升性能。未来需聚焦材料创新、界面调控、工艺革新、系统集成与产学研协同。预计2030年前全固态电池将实现量产，能量密度≥500 Wh/kg，成本大幅降低，将为新能源汽车、智能电网及能源转型提供关键支撑，推动储能技术迈向高安全、高能量密度时代。
磷酸铁锂电池应用展望
尹莲芳;谢乐琼;刘建红;程刚;王莉;何向明;2020年以来,磷酸铁锂电池市场开始回暖并进入了新的增长周期。特斯拉搭载磷酸铁锂电池迅速拉动了磷酸铁锂市场。2021年初新能源汽车补贴政策正式落地,给主机厂在新能源车型规划方面指明了方向。2021年之后磷酸铁锂电池在新能源汽车、储能、二轮车、重型卡车、电动船舶都将有更加强劲的发展。本文依据作者的工作经验和公开信息,总结了磷酸铁锂材料的产销情况、市场集中度、价格趋势以及磷酸铁锂电池企业新的发展方向。
扣式锂离子电池的制备工艺研究
张勇;武行兵;王力臻;张爱勤;杨虎伸;扣式锂离子电池制备工艺的关键是和膏、电极制备、电池装配及封口。研究发现,和膏及电极制备工艺对活性物质是否掉粉有重要影响,而电池的装配和封口工艺则是影响扣式锂离子电池充放电性能的主要因素。介绍了通过改进电极的制备工艺来解决掉粉问题,并对电池的装配和封口工艺与扣式锂离子电池的充放电性能之间的关系进行了深入研究,为人们研究和开发这类电池提供了一定的指导作用。
富锂正极材料在常压下的电化学性能及应用
谈亚军;冯明燕;王正伟;在常压条件(电压范围为2.7～4.2 V)下，富锂正极材料电化学性能的研究结果显示该材料具备显著优势。在常温环境下进行的1 C倍率充放电循环测试中，材料的容量基本保持稳定，经2 500次循环后，容量剩余率达103.4%(对比2.7～4.3 V电压区间测试时，材料经200次循环后容量剩余率仅为90%左右)。循环初期，放电容量的不断提升以及X射线衍射(XRD)组分精修结果均表明，在常压条件下Li_2MnO3存在缓慢分解现象，并在充放电过程中发挥补锂作用。进一步将富锂材料与锰酸锂以不同质量比复合，作为正极活性材料组装成电池。实验结果表明，在富锂材料添加量为50%(质量分数)的复合体系中，电池在常温下以1 C倍率进行充放电循环500次后，容量基本不衰减；在45℃高温环境下，以1 C倍率进行充放电循环400次后，容量剩余率仍高达94.3%。富锂材料的补锂作用有效减缓了锰酸锂在前期循环中的大幅容量衰减，使锰酸锂性能提升超过20%，同时提高了电池体系的能量密度。
硫化物固态电解质在全固态电池中的应用研究进展
秦志光;顾正建;硫化物固态电解质与聚合物、氧化物固态电解质相比,在离子电导率、热稳定性等方面表现出较大优势,因此获得了广泛的关注。然而硫化物固态电解质与正/负极界面相容性问题且化学性质不稳定,这些都制约着其在全固态电池中的应用。通常,通过电极材料改性,电极包覆和元素掺杂等方法能够有效改善这些问题。介绍了硫化物固态电解质的主要类型,讨论了目前其应用中存在的问题,分析了硫化物固态电池优化的方法及其最新研究进展,最后对硫化物固态电解质在全固态电池中的应用进行了展望,提出了今后研究中应重点关注的技术和方向。