新型锂离子电池折叠后单位能量密度增加14倍

新型锂离子电池折叠后单位能量密度增加14倍

新型锂离子电池折叠后单位能量密度增加14倍

据世界科技新闻资讯网站https://www.360docs.net/doc/1c10224495.html,报道,美国科学家最近研究发现,通过将纸基锂离子电池进行Miura-ori式折叠,它们的单位面积能量密度和容量将增加14倍之多。

在最近一期《纳米通讯》(Nano Letters)上,美国亚利桑那州立大学科学家钱程(Qian Cheng)及其他研究人员共同发表了一篇论文,介绍了他们在折叠纸基锂离子电池领域的这一最新研究成果。

“折叠式电池对供电板空间有限的设备可能很有帮助。”美国亚利桑那州立大学材料科学与工程学院的助理教授、论文共同作者坎迪斯·陈(Candace Chan)表示。此外,其他研究小组在可折叠纸基电子器件方面的最新研究成果表明,要将动力源和其他组件集成到一个单一、完全可折叠的移动设备中,一个可折叠的电池组是很重要的。

在目前的研究中,科学家使用碳纳米管(CNT )油墨制成的锂离子电池作为集电器,用传统的锂粉作为电极,用薄而多孔的KimwipesTM作为纸基板。研究人员还为它添加了聚偏二氟乙烯( PVDF )涂层,以改善纸基板中CNT油墨的粘附性。最终制作出来的电池具有良好的导电性和相对稳定的能量。

研究人员尝试使用了简单的对半式折叠和更复杂的Miura-ori 折叠法。研究人员发现,使用简单的对半式折叠法时,相比平面电池,折叠一次、两次和三次可以使单位面积的能量密度和容量增加1.9 、4.7 和10.6倍。而Miura-ori 折叠法更有效:将一块6厘米×7厘米的电池折叠成25层,能使单位面积能量密度和容量增加14倍,并使它的总面积下降至1.68平方厘米。

“我们用单位面积能量密度表示能量密度的增加情况,”陈解释道,“这与单位重量能量密度不同,因为电池被折叠和展开时质量不变。”

总体而言,在简单的折叠模式中,折叠后的电池的电化学性能与平面电池相似。折叠电池的库仑效率高于那些展开的电池,这可能是由于电池在折叠后电极材料与碳纳米管之间的接触增加

相对于平面电池,以Miura-ori 法折叠的电池的某些性能稍有降低,包括放电容量与电容率的降低。研究人员认为,这些损失可能是由于垂直褶皱交叉点的分层,因为这些电池中含有16个顶点。为了防止电池,研究人员在层与层之间使用了一种柔韧的绝缘薄膜:聚对二甲苯- C。

这项研究成果使人们首次看到了使用折叠法增加锂离子电池单位面积能量密度和容量的潜力。在将来,随着几何折叠算法、计算工具和机器人操纵技术的进步,可能会出现更复杂的折叠模式,并使商业用途的大尺度电池的出现成为可能。

因为低廉的成本、简单的制造方法和灵活性,纸基电池已经对人们具备相当的吸引力。如果通过折叠的方式能够进一步提供纸基电池的性能,这可能会导致各种应用的高性能电池的产生。

“使用折叠法和折纸概念可以为纸基储能装置创造新的几何形状、几何设计和新功能,这一领域具有无限的潜力。”陈说。(

(完整版)锂离子电池常见名词汇总

电锂离子电池常见名词汇总 1、容量: 电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量,以符号C表示。 常用的单位为安培小时,简称安时(Ah)或毫安时(mAh)。 电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。 理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池,常用比容量的概念,即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量,单位为Ah/kg(mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。 实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积,单位为Ah,其值小于理论容量。 额定容量也叫保证容量,是按国家或有关部门颁布的标准,保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。 2、内阻: 阻力称为电池的内阻。 电池的内阻不是常数,在放电过程中随时间不断变化,因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在,使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压,充电时端电压高于电动势和开路电压。 欧姆电阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系,常随电流密度的对数增大而线性增大。 3、负载能力: 当电池的正负极两端连接在用电器上时,带动用电器工作时的输出功率,即为电池的负载能力。 4、内压: 指电池的内部气压,是密封电池在充放电过程中产生的气体所致,主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。 5、充电率(c-rate): C是Capacity的第一个字母,用来表示电池充放电时电流的大小数值。 例如:充电电池的额定容量为1000mAh时,即表示以1000mA(1C)放电时 间可持续1小时,如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时,充电也可按此对照计算。 C是电池的容量,如标称容量1500mAh的电池,0.5C指充电电流 0.5*1500=750mA) 6、终止电压(Cut-off discharge voltage) 指电池放电时,电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。 根据不同的电池类型及不同的放电条件,对电池的容量和寿命的要求也不同,因此规定的电池放电的终止电压也不相同。 7、开路电压(Open circuit voltage OCV) 电池不放电时,电池两极之间的电位差被称为开路电压。

大容量高功率锂离子电池研究进展_毕道治

收稿日期:2007-05-20 作者简介:毕道治(1926-),男,河北省人,教授级高工。 Biography:BIDao-zhi(1926-),male,professor. 大容量高功率锂离子电池研究进展 毕道治 (天津电源研究所,天津300381) 摘要:发展电动车是解决能源危机和环境污染的有效手段之一。大容量高功率锂离子蓄电池是电动车的理想储能电源,因为它具有单体电压高、循环及使用寿命长、比能量高和良好的功率输出性能等优点。介绍了国内外大容量高功率锂离子蓄电池的研究进展,包括关键材料、技术性能和安全问题,并以作者的观点提出了大容量高功率锂离子蓄电池的发展前景和近期研究内容。关键词:锂离子蓄电池;电极活性材料;电解液;电动车;混合电动车中图分类号:TM912.9 文献标志码:A 文章编号:1008-7923(2008)02-0114-06 Researchprogressofhighcapacityandhighpower Li-ionbatteries BIDao-zhi (TianjinPowerSourceInstitute,Tianjin300381,China) Abstract:Developmentofelectricvehicleisoneoftheeffectivemeanstoovercomeproblemsofenvironmentpollutionandenergycrisis.HighcapacityandhighpowerLi-ionstoragebatteryisanappropriatepowersourceforelectricvehicleduetoitshighcellvoltage,longercyclelife,higherenergydensityandhighpowercharacteristics.ThedevelopmentstatusofhighcapacityandhighpowerLi-ionstoragebatteries,includingkeymaterials,technicalperformanceandsafetyproblemsarereviewedinthispaper.ThetechnicalissuesandthefutureofhighcapacityandhighpowerLi-ionbatteriesarefinalllydescribedinwriter'spointofview. Keywords:Li-ionstoragebattery;electrodeactivematerial;electrolyte;EV;HEV 环境污染和能源危机是目前人类面临的两大课题,而燃油汽车的大量普及则是造成上述问题的主要原因之一。发展电动车是有效解决上述问题的重要手段,因为电动车具有能源多样化、污染排放少和能源利用效率高的优点。发展电动车的技术瓶颈问题是迄今为止还没有哪种电池使电动车的性价比能与燃油汽车相比。通过比较各类动力电池的典型性 能,可以看出锂离子电池具有单体电压高、比能量大和自放电小的优点,但也存在安全性差、 成本高和长期循环和贮存后性能下降的问题。为了充分利用并发挥锂离子电池的优势,克服其存在的缺点,世界各主要国家的政府、汽车制造商和相关科技人员都对大容量、高功率动力用锂离子蓄电池的研究非常重视。纷纷制定发展计划、投入大量人力、物力、财力积极进行研制。文章对大容量、高功率锂离子蓄电池的关键材料、性能水平和安全性等方面的研究进展进行综合评述,并探讨了今后的研发方向。

锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算

锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算 吴娇杨,刘品,胡勇胜,李泓 (中国科学院物理研究所,北京,100190) 摘要:锂电池是理论能量密度最高的化学储能体系,估算各类锂电池电芯和单体能达到的能量密 度,对于确定锂电池的发展方向和研发目标,具有积极的意义。本文根据主要正负极材料的比容 量、电压,同时考虑非活性物质集流体、导电添加剂、粘结剂、隔膜、电解液、封装材料占比,计算了不同材料体系组成的锂离子电池和采用金属锂负极、嵌入类化合物正极的金属锂离子电池 电芯的预期能量密度,并计算了18650型小型圆柱电池单体的能量密度,为电池发展路线的选择 和能量密度所能达到的数值提供参考依据。同时指出,电池能量密度只是电池应用考虑的一个重 要指标,面向实际应用,需要兼顾其它技术指标的实现。 关键词:锂离子电池;金属锂离子电池;能量密度;18650电池;电芯 中图分类号:O O646.21文献标志码:A 文章编号: Calculation on energy densities of lithium ion batteries and metallic lithium ion batteries WU Jiaoyang,Liu pin, HU Yongsheng, LI Hong (Institute of Physics, Chinese Academy of Science, Beijing 100190, China) Abstract:Lithiumbatteries have the highest theoretical energy densities among all electrochemical energy storage devices. Prediction of the energy density of the different lithium ion batteries (LIB) and metallic lithium ion batteries (MLIB) is valuable for understanding the limitation of the batteries and determine the directions of R&D. In this research paper, the energy densities of LIB and MLIB have been calculated. Ourcalculation includes the active electrode materials and inactive materials inside the cell.For practical applications, energy density is essential but not the only factor to be considered, other requirements on the performances have to be satisfied ina balanced way. Key words:lithiumion batteries; metal lithium ion batteries; energy densitycalculation;18650 cell; batteries core 收稿日期:;修改稿日期:。 基金项目:国家自然科学基金杰出青年基金项目(51325206),国家重点基础研究发展计划(973)项目(2012CB932900)。第一作者:吴娇杨(1988-),女, 博士研究生,研究方向锂离子电池电解质E-mail:wujiaoyang8@https://www.360docs.net/doc/1c10224495.html,;通讯联系人:李泓, 研究员,研究方向为固体离子学与锂电池材料,E-mail:hli@https://www.360docs.net/doc/1c10224495.html,。

手机锂离子电池与电芯的基本知识

第一节锂离子电池的基本知识 一般而言,锂离子电池有三部分构成: 1.锂离子电芯 2.保护电路(PCM) 3.外壳即胶壳 电池的分类 从锂离子电池与手机配合情况来看,一般分为外置电池和内置电池,这种叫法很容易理解,外置电池就是直接装在手上背面,如: MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列等;而内置电池就是装入手机后,还另有一个外壳把其扣在手机电池内, 如:MOTOROLA 998,8088,NOKIA的大部分机型 1.外置电池 外置电池的封装形式有超声波焊接和卡扣两种:

1.1超声波焊接 外壳 这种封装形式的电池外壳均有底面壳之分,材料一般为ABS+PC料,面壳一般喷油处理,代表型号有 :MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列,原装电池的外壳经喷油处理后长期使用一般不会磨花,而一些品牌电池或水货电池用上几天外壳喷油就开始脱落了.其原因为:手机电池的外壳较便宜,而喷油处理的成本一般为外壳的几倍(好一点的),这样处理一般有三道工序:喷光油(打底),喷油(形成颜色),再喷亮油(顺序应该是这样的,如果我没记错的话),而一些厂商为了降低成本就省去了第一和第三道工序,这样成本就很低了. 超声波焊塑机 其作用为: 行业内比较好的国产超声波焊塑机应该是深圳科威信机电公司生产的. 焊接 有了好的超声波焊塑机不够的,是否能够焊接OK,还与外壳的材料和焊塑机参数设置有很大关系,外壳方面主要与生产厂家的水口料掺杂情况有关,而参数设置则需自己摸索,由于涉及到公司一些技术资料,在这里不便多讲. 1.2卡扣式 卡扣式电池的原理为底面壳设计时形成卡扣式,其一般为一次性,如果卡好后用户强行折开的话,就无法复原,不过这对于生产厂家来讲不是很大的难度(卡好后再折开),其代表型号有:爱立信788,MOTOROLA V66. 2.内置电池

蓄电池能量密度

电池常用术语:能量密度和功率密度 (2010-06-21 10:52:38) 分类:储能 标签: 电池 在谈及电池的时候,能量密度和功率密度是两个经常提到的量 能量密度(Wh/kg)指的是的单位重量的电池所储存的能量是多少,1Wh等于3600焦耳(J)的能量。 功率密度(W/kg)指的是单位重量的电池在放电时可以以何种速率进行能量输出。 能量密度是由电池的材料特性决定的,普通铅酸电池的能量密度约为40Wh/kg,常用的电动两轮车用铅酸电池包为48V,10Ah, 储能480Wh,所以可以简单估计这种电池包的重量至少在12kg以上。 铅酸电池的能量密度是比较低的,所以无法用作电动汽车的动力源,因为如果使用铅酸电池驱动家用汽车行驶200km以上,需要将近1吨的电池,这个重量太大了,无法达到实用,当然铅有毒也是一个方面原因,铅酸电池的循环性能也比较差,但是我们可以看到,仅丛能量密度上就可以判断出铅酸电池不能作为纯电动汽车的动力源 目前比较热的锂离子电池的能量密度约在100~150Wh/kg左右,这个值比铅酸电池高出2~3倍,且锂离子电池的循环性要远远高于铅酸电池,所以目前锂离子电池是开发电动汽车的首选电池。 功率密度也是由材料的特性决定的,并且功率密度和能量密度没有直接关系,并不是说能量密度越高功率密度就越高,用专业的术语来说,功率密度其实描述的是电池的倍率性能,即电池可以以多大的电流放电,功率密度对于电池开发以及电动车开发而言非常重要,如果功率密度高,则电动车在加速的时候就会非常快,普通的铅酸电池的功率密度一般只有几十~数百瓦特/千克,这是一个非常低的

值,表明铅酸电池的高倍率放电性能较差,而锂离子电池目前的功率密度可以达到数千瓦特/千克。 值得指出的是,能量密度和功率密度都是一个会变化的量,电池在使用多次以后能量密度会降低(电池容量衰减),功率密度也会下降,并且这两个量也是随着环境的变化而变化的,比如在极为寒冷或炎热的季节中它们都会发生一定程度的变化(一般是减少)。 目前还没有任何一种电池的能量密度可以达到实用化的驱动电动汽车具有几百公里的续航里程。提高电池的能量密度也是目前电池研发中的重中之重,在安全性得到解决的前提下,如果电池的能量密度可以达到300~400Wh/kg的话,就具备了和传统燃油机车较量续航里程的资本,但是电池还有一个知名的问题就是寿命,电池的能量密度会随着电池的使用而衰减,并且这种衰减并非是线型的,而可能是突然的降低,所以,在开发车用电池的时候,循环性同样是决定性的因素。

能量密度和功率密度

能量密度和功率密度 Prepared on 22 November 2020

电池常用术语:能量密度和功率密度 (2010-06-2110:52:38) 标签:分类: 在谈及电池的时候,能量密度和功率密度是两个经常提到的量 能量密度(Wh/kg)指的是的单位重量的电池所储存的能量是多少,1Wh等于3600焦耳(J)的能量。 功率密度(W/kg)指的是单位重量的电池在放电时可以以何种速率进行能量输出。 能量密度是由电池的材料特性决定的,普通铅酸电池的能量密度约为40Wh/kg,常用的电动两轮车用铅酸电池包为48V,10Ah,储能480Wh,所以可以简单估计这种电池包的重量至少在12kg以上。 铅酸电池的能量密度是比较低的,所以无法用作电动汽车的动力源,因为如果使用铅酸电池驱动家用汽车行驶200km以上,需要将近1吨的电池,这个重量太大了,无法达到实用,当然铅有毒也是一个方面原因,铅酸电池的循环性能也比较差,但是我们可以看到,仅丛能量密度上就可以判断出铅酸电池不能作为纯电动汽车的动力源 目前比较热的锂离子电池的能量密度约在100~150Wh/kg左右,这个值比铅酸电池高出2~3倍,且锂离子电池的循环性要远远高于铅酸电池,所以目前锂离子电池是开发电动汽车的首选电池。 功率密度也是由材料的特性决定的,并且功率密度和能量密度没有直接关系,并不是说能量密度越高功率密度就越高,用专业的术语来说,功率密度其实描述的是电池的倍率性能,即电池可以以多大的电流放电,功率密度对于电池开发以及电动车开发而言非常重要,如果功率密度高,则电动车在加速的时候就会非常快,普通的铅酸电池的功率密度一般只有几十~数百瓦特/千克,这是一个非常低的值,表明铅酸电池的高倍率放电性能较差,而锂离子电池目前的功率密度可以达到数千瓦特/千克。 值得指出的是,能量密度和功率密度都是一个会变化的量,电池在使用多次以后能量密度会降低(电池容量衰减),功率密度也会下降,并且这两个量也是随着环境的变化而变化的,比如在极为寒冷或炎热的季节中它们都会发生一定程度的变化(一般是减少)。 目前还没有任何一种电池的能量密度可以达到实用化的驱动电动汽车具有几百公里的续航里程。提高电池的能量密度也是目前电池研发中的重中之重,在安全性得到解决的前提下,如果电池的能量密度可以达到300~400Wh/kg的话,就具备了和传统燃油机车较量续航里程的资本,但是电池还有一个知名的问题就是寿命,电池的能量密度会随着电池的使用而衰减,并且这种衰减并非是线型的,而可能是突然的降低,所以,在开发车用电池的时候,循环性同样是决定性的因素

锂电参数与计算公式合集

常用锂电参数与计算公式合集 (1)电极材料的理论容量 电极材料理论容量,即假定材料中锂离子全部参与电化学反应所能够提供的容量,其值通过下式计算: 其中,法拉第常数(F)代表每摩尔电子所携带的电荷,单位C/mol,它是阿伏伽德罗数NA=6.02214 ×1023mol-1与元电荷e=1.602176 × 10-19 C的积,其值为96485.3383±0.0083 C/mol 故而,主流的材料理论容量计算公式如下: LiFePO4摩尔质量157.756 g/mol,其理论容量为: 同理可得:三元材料NCM(1:1:1)(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 ) 摩尔质量为96.461g/mol,其理论容量为278 mAh/g,LiCoO2摩尔质量97.8698 g/mol,如果锂离子全部脱出,其理论克容量274 mAh/g. 石墨负极中,锂嵌入量最大时,形成锂碳层间化合物,化学式LiC6,即6个碳原子结合一个Li。6个C摩尔质量为72.066 g/mol,石墨的最大理论容量为: 对于硅负极,由5Si+22Li++22e- ? Li22Si5 可知,5个硅的摩尔质量为140.430 g/mol,5个硅原子结合22个Li,则硅负极的理论容量为:

这些计算值是理论的克容量,为保证材料结构可逆,实际锂离子脱嵌系数小于1,实际的材料的克容量为:材料实际克容量=锂离子脱嵌系数× 理论容量 (2)电池设计容量 电池设计容量=涂层面密度×活物质比例×活物质克容量×极片涂层面积 其中,面密度是一个关键的设计参数,主要在涂布和辊压工序控制。压实密度不变时,涂层面密度增加意味着极片厚度增加,电子传输距离增大,电子电阻增加,但是增加程度有限。厚极片中,锂离子在电解液中的迁移阻抗增加是影响倍率特性的主要原因,考虑到孔隙率和孔隙的曲折连同,离子在孔隙内的迁移距离比极片厚度多出很多倍。 (3)N/P比 负极活性物质克容量×负极面密度×负极活性物含量比÷(正极活性物质克容量×正极面密度×正极活性物含量比) 石墨负极类电池N/P要大于 1.0,一般 1.04~1.20,这主要是出于安全设计,主要为了防止负极析锂,设计时要考虑工序能力,如涂布偏差。但是,N/P过大时,电池不可逆容量损失,导致电池容量偏低,电池能量密度也会降低。 而对于钛酸锂负极,采用正极过量设计,电池容量由钛酸锂负极的容量确定。正极过量设计有利于提升电池的高温性能:高温气体主要来源于负极,在正极过量设计时,负极电位较低,更易于在钛酸锂表面形成SEI 膜。 (4)涂层的压实密度及孔隙率 在生产过程中,电池极片的涂层压实密度计算公式: 而考虑到极片辊压时,金属箔材存在延展,辊压后涂层的面密度通过下式计算:

浅析提高锂电池能量密度的三方法

浅析提高锂电池能量密度的三方法 锂离子电池的诞生可以说是储能领域的一场革命,锂离子电池的广泛应用彻底的改变了我们的生活,轻便的手机、笔记本电脑,长续航的电动汽车等等,我们的生活已经与锂离子电池紧紧的捆绑在了一起,很难相信如果我们失去了像锂离子电池这样便捷、高效的储能电池后我们的生活会变成什么样。 随着锂离子电池技术的不断发展,我们也对锂离子电池的性能提出了更高的要求,我们希望锂离子电池更小、更轻便、储能更多,这些诉求也在推动着锂离子电池研究工作不断前进。从电池结构和新材料、新体系的采用,可爱的锂离子电池研究者们不断尝试各种方法提高锂离子电池能量密度的方法。 1.结构设计 提高锂离子电池的比能量从结构上讲,要提高正负极活性物质在锂离子电池中所占的比例。锂离子电池主要由正负极活性物质、隔膜、铜箔、铝箔和壳体及结构件等部分组成,其中真正能够为锂离子电池提供容量的只有活性物质,因此提高活性物质在锂离子电池中所占的比重才是最有效的提高锂离子电池手段。例如最近特斯拉在大力推动的21700电池,就是通过使用直径更大的电芯(21mm),增加电芯的高度(70mm)提高活性物质占比,减少结构件等非活性材料的比重,提高锂离子电池的比能量,降低单位瓦时成本。此外软包电池也是减少结构件重量的有效方法,通过使用铝塑膜代替传统的钢制外壳,可以极大的减少结构件在锂离子电池中所占的比重。 除了增大锂离子电池的直径,另外一个有效提高锂离子电池比能量的方法是减少隔膜的厚度,目前常见的PP-PE-PP三层复合隔膜的厚度一般达到30um以上,达到正负极极片的

厚度的20%左右,这也造成了严重的空间浪费,为了减少隔膜所占的空间,目前广大锂离子电池厂家普遍采用带有涂层的薄隔膜,这些隔膜的厚度可达到20um以下,可以在保证锂离子电池安全的前提下,显著的减少隔膜所占的体积比例,提高活性物质占比,提高锂离子电池比能量。 另外的一种增加活性物质比例的方法是从电池的生产工艺的角度入手,首先是增加活性物质在电极中占比。一般锂离子电池的电极主要由四大部分组成,活性物质、导电剂、粘结剂和集流体组成,为了提高活性物质比例,就需要降低其他部分的比例,通过采用新型导电剂、粘结剂从而减少导电剂和粘结剂的比例,采用更薄的集流体来减少非活性物质的所占的比例。其次,需要提高正负极的涂布量,但是提高电极的涂布量还面临的一个问题:当电极过厚时会造成电极的Li+扩散动力学条件变差,影响锂离子电池的倍率和循环性能,为了解决这一问题德国卡尔斯鲁厄理工学院的Boris Bitsch等[1]利用毛细悬浊液和多层电极工艺制备了具有梯度孔隙率的高性能厚电极。在靠近铜箔的低层,Boris Bitsch等采用了普通浆料,使得其具有较低的孔隙率和良好的导电性,而在远离铜箔的表层,Boris Bitsch 则采用了毛细悬浊液浆料,并向其中添加了1-辛醇,使其孔隙率明显增加,改善了电极的动力学条件,从而使得该电极的孔隙率自下而上呈现出逐渐增加的特性,显著改善了厚电极的动力学条件,提高了厚电极的电化学性能,从而实现了在提高电池重量和体积比能量的同时不降低电池的循环性能。 提高锂离子电池比能量的另外一个重要的方法就是控制电解液的数量,减少电解液的数量可以有效的提高锂离子电池的能量密度。电解液在锂离子电池内部起到一个媒介的作用,正负极的Li+通过电解液进行扩散,因此电解液理论上来讲是一种“非消耗品”,只要有少量的电解液保证Li+在正负极之间自由扩散就行了,但是实际上由于在化成过程中SEI 膜的形成导致电解液分解,以及在循环过程中SEI膜破坏和正极氧化等原因造成的电解液分解,导致电解液在实际上是持续消耗的,因此电池内的电解液一般而言都是过量的,这也是

锂电池常见理论

一、锂电池与锂离子电池 锂电池的特点 1、具有更高的能量重量比、能量体积比; 2、电压高,单节锂电池电压为3.6V,等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压; 3、自放电小可长时间存放,这是该电池最突出的优越性; 4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应,所以锂电池充电前无 需放电; 5、寿命长。正常工作条件下,锂电池充/放电循环次数远大于500次; &可以快速充电。锂电池通常可以采用 0.5?1倍容量的电流充电,使充电时间缩短至1?2小时; 7、可以随意并联使用; 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素,对环境无污染,是当代最先进的绿色电池; 锂离子电池具有以下优点: 1、电压高,单体电池的工作电压高达 3.6-3.9V,是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍 2、比能量大,目前能达到的实际比能量为 100-125Wh/kg和240-300Wh/L (2倍于Ni-Cd,1.5倍于Ni-MH ),未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和 400 Wh/L 3、循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以上.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞争力. 4、安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素:部分工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊病为记忆效应”严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。 5、自放电小,室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右,大大低于 Ni-Cd 的 25-30%, Ni、MH 的 30-35%。

锂离子电池的特性与优势

锂离子电池的特性与优势 如今,对于UPS供电系统来说,采用锂离子电池的初始资本支出仅为铅酸蓄电池的1.4倍,但采用锂离子电池10年的总体拥有成本(TCO)可以节省10%-30%。 锂离子电池的优点包括: 1、可靠性和可用性 由于锂离子电池与铅酸电池的制造方法不同,锂离子电池故障率要低得多。由于使用寿命更长,维护要求更低,UPS电源采用锂离子电池很少发生故障。 根据所使用的化学成分,锂离子电池的使用寿命可长达15年。与铅酸蓄电池相比,可以显著节省更换成本,因为锂离子电池不必每隔几年更换一次。 此外,锂离子电池通常比铅酸电池具有更长的循环寿命。例如,铅酸蓄电池通常可以提供200次放电循环,这意味着可以将电池的容量耗尽至其额定值的50%,然后其重新充电至100%,可以达到200次循环。但在更换电池之前,锂电池可以提供500-7000次放电循环(这取决于所使用的化学物质)。另外,锂离子电池具有较低的自放电率,或者在不使用时自身放电缓慢,这使得它们具有更长的保存时间。 2、重量较轻 锂离子电池比铅酸蓄电池重约三分之一。这样可以节省数据中心建设成本,因为不需要加固地板来承受更多的重量。它还节省了运输成本,因为与铅酸蓄电池相比,能够以同样的成本运输更多的锂离子电池。 3、更小的体积 锂离子电池柜的尺寸通常是铅酸电池柜的一半,达到相同的容量可节省50%的占地面积。这使组织可以重新规划设计数据中心,以增加IT系统的可用空间。此外,可以节省新数据中心的建设成本,因为容纳用于UPS储能的锂离子电池机柜的空间可以更小。 4、能量密度更高 锂电池具有更高的能量密度(Wh/kg,或每千克瓦特小时)和功率密度(W/kg,或每千克瓦特)。这就是为什么锂电池能够以更小的体积和更轻的重量提供与铅酸蓄电池相同能量的原因。 5、工作在温度较高的环境

我国各企业锂电池能量密度现状一览

我国各企业锂电池能量密度现状一览 根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划:2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400 Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。目前,我国各企业生产锂电池能量密度达到什么水平了呢? 根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划:2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。目前,我国各电池动力锂电池能量密度达到什么水平了呢? 比亚迪:目前,比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150Wh,而接下来比亚迪计划将能量密度继续提升到160Wh。除了磷酸铁锂电池,比亚迪也在同步开发三元锂电池,而如果将三元锂电池的技术结合到磷酸铁锂电池上,对原有用石墨作为负极材料的做法进行一些调整,那么在2020年左右,比亚迪计划将磷酸铁锂电池的单体能量密度提升到200Wh。

另外,在跟进的三元电池方面,比亚迪的三元电池已经具备量产条件,目前能量密度也达到了200Wh/kg。比亚迪三元电池的目标是2018年电池比能量达到240Wh/kg,2020年达到300Wh/kg。 沃特玛:生产的32650圆柱型动力磷酸铁锂电池,单体能量密度已经达到145Wh/kg,下一步目标是实现160Wh/kg;三元电池目前能量密度为200Wh/kg,预计到2020年达到300Wh/kg的水平。国能电池:早在2013年,国能磷酸铁锂和三元电池单体能量密度就达到了160Wh/kg和200Wh/kg。预计2017年年底,磷酸铁锂电池单体能量密度将达到180Wh/kg、PACK达到134Wh/kg,三元电池能量密度将突破240Wh/kg。 捷威动力:在能量密度方面,公司目前已经量产的三元软包电池单体比能量达210WH/Kg。在提高电池安全性的基础上,预计2020年公司软包电池单体能量密度可达300WH/Kg,Pack成组后可达220WH/Kg;钛酸锂电池单体能量密度达到110WH/Kg以上。 智慧能源:公司量产的动力电池单体能量密度可达220Wh/Kg,PACK成组后能量密度达到140Wh/Kg。同时,公司BMS系统可做到5级防护,电池包采用轻量化材料,并进行了结构优化。 比克电池:2016年,比克三元材料动力电池行业占比30%以上,位列第一。目前比克单体电芯能量密度近220Wh/kg,后续还将进一步提升至300Wh/kg。 卡耐新能源:卡耐新能源已经可以批量供应能量密度220Wh/kg电芯,系统比能量大于130Wh/kg电芯,同时工艺和技术层面已经分

重点讲解压实密度和涂布厚度如何影响锂离子电池功率性能

压实密度和涂布厚度如何影响锂离子电池 功率性能 对于锂离子电池而言最重要的两个指标就是能量密度 和功率密度,能量密度指的是锂离子电池单位体积或者重量所存储的能量多少,而功率密度则指的是单位重量或者体积能够输出的功率大小。在动力电池上我们既希望锂离子电池具有高的能量密度,让我们具有更高的续航里程,同时我们也希望动力电池具有更高的功率密度,满足我们在激烈驾驶时的动力输出。但是在锂离子电池的设计和生产中这两个指标恰恰是相互矛盾的,一般而言为了提高能量密度我们需要提高电极的涂布量,提高活性物质的比例,这就导致了功率性能的下降,而为了提升功率密度我们则需要降低涂布量,增加导电剂的比例,因此如何能在两者之间达到一个平衡就变得非常困难。 近日,日本东京农工大学的KazuakiKisu(第一作者)和Etsuro Iwama(通讯作者)、Katsuhiko Naoi(通讯作者)分析了锂离子电池生产中的重要指标——压实密度和电极 厚度对锂离子电池功率性能的影响,分析表明对于NCM材料而言,在电极厚度为70um,压实密度为2.9g/cm3时能够获得最小的电极阻抗值,从而在保证较高的能量密度的同时,

保证电池优异的倍率性能。 试验中为了消除参比电极对测试结果的影响,Kazuaki Kisu采用了对称式电池结构(如上图a所示),也就是正负两个电极是同样的电极,通过在两个电极中间插入金属Li 电极的方式对两个电极的SoC进行调整,随后金属Li电极在干燥环境中被移除,然后对该电池进行交流阻抗测试。 上图b为0%SoC状态下的EIS测试结果,其中我们能够在高频区看到一条斜率为45度的线,代表的为Li+在电极内的扩散阻抗,上图c为Li+的扩散阻抗与电极厚度之间的关系,从图中能够看到Li+的扩散阻抗Rion与电极厚度之间呈现线性相关的关系。上图d为50%SoC电极的EIS图谱,其中高频区的半圆代表电极的电荷交换阻抗RCT,从图中我们

锂离子电池电极材料综述(精)

锂离子电池电极材料综述 一、引言 从上世世纪70年代起锂离子电池的研究至第一个可充式锂-二硫化钼电池于1979年研究成功,再到1991年SONY公司首次推出商品化锂离子电池产品算起,锂离子电池的发展至今已有30多年的时间。锂离子电池是以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池,实际上是一个锂离子浓差电池,正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。与其它蓄电池相比,锂离子电池具有开路电压高、循环寿命长、能量密度高、安全性能高、自放电率低、无记忆效应、对环境友好等优点。目前,锂离子电池已经被广泛应用于移动通讯、便携式笔记本电脑、摄像机、便携式仪器仪表等领域。随着这些电器的高能化,轻量化,对锂离子电池的需求也越来越迫切。同时被看作是未来电动汽车动力电源的重要候选者之一,并在空间技术、国防工业等大功率电源方面展示出广阔的应用前景 二、工作原理 锂离子电池通常正极采用锂化合物,负极采用锂-碳层间化合物。电介质为锂盐的有机电解液。充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,正极处于贫锂态,同时电子的补偿从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡。放电时, Li+从负极脱嵌经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态。在正常充放电过程中, Li+在层状结构的碳材料和层状结构的金属氧化物的层间嵌入和脱出,一般只引起层面间距变化,不破坏晶体结构。 三、电极材料 (1)电极材料的性能要求 简单来说,电池主要包括正极、负极、电解质与隔膜四个部分。正极材料通常是一种嵌入化合物,在外电场作用下化合物中的锂可逆的嵌入和嵌出;负极材料一般是层状结构的碳材料。 锂离子电池正极材料在改善电池容量方而起着非常重要的作用。理想的正极材料应具备以下品质:点位高、比能量大、电池充放

锂离子电池能量密度大揭秘

锂离子电池能量密度大揭秘 根据木桶理论,水位的高低决定于木桶最短处,锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料。 是什么决定了新能源汽车的续航里程?新能源汽车的续航主要取决于可用电量和整车能耗。 续航能力↑=可用电量↑÷能耗↓ 在相同能耗不变,电池包体积和重量不变都受到严格限制的情况下,新能源汽车的单次最大行驶里程主要取决于电池的能量密度。 能量密度有哪些小秘密呢? 什么是能量密度? 能量密度(Energy density)是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。 电池重量能量密度=电池容量×放电平台/重量,基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。 电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积,基本单位为Wh/L(瓦时/升)。 电池的能量密度越大,单位体积、或重量内存储的电量越多。 什么是单体能量密度? 电池的能量密度常常指向两个不同的概念,一个是单体电芯的能量密度,一个是电池系统的能量密度。 电芯是一个电池系统的最小单元。M 个电芯组成一个模组,N 个模组组成一个电池包,这是车用动力电池的基本结构。 单体电芯能量密度,顾名思义是单个电芯级别的能量密度。 根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划:2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达到500Wh/kg。这里指的就是单个电芯级别的能量密度。 什么是系统能量密度?

系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积。因为电池系统内部包含电池管理系统,热管理系统,高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间,因此电池系统的能量密度都比单体能量密度低。 系统能量密度=电池系统电量/电池系统重量OR电池系统体积 什么限制了电池的能量密度? 究竟是什么限制了锂电池的能量密度?电池背后的化学体系是主要原因难逃其咎。 一般而言,锂电池的四个部分非常关键:正极,负极,电解质,膈膜。正负极是发生化学反应的地方,相当于任督二脉,重要地位可见一斑。 我们都知道以三元锂为正极的电池包系统能量密度要高于以磷酸铁锂为正极的电池包系统。这是为什么呢? 现有的锂离子电池负极材料多以石墨为主,石墨的理论克容量372mAh/g。正极材料磷酸铁锂理论克容量只有160mAh/g,而三元材料镍钴锰(NCM)约为200mAh/g。 根据木桶理论,水位的高低决定于木桶最短处,锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料。 磷酸铁锂的电压平台是3.2V,三元的这一指标则是3.7V,两相比较,能量密度高下立分:16%的差额。 当然,除了化学体系,生产工艺水平如压实密度、箔材厚度等,也会影响能量密度。一般来说,压实密度越大,在有限空间内,电池的容量就越高,所以主材的压实密度也被看做电池能量密度的参考指标之一。 如果你能坚持每行读下来一直读到这里。恭喜,你对电池的理解已经上了一个层次。 如何提高能量密度呢? 新材料体系的采用、锂电池结构的精调、制造能力的提升是研发工程师“长袖善舞”的三块舞台。下面,我们会从单体和系统两个维度进行讲解。——单体能量密度,主要依靠化学体系的突破 01、增大电池尺寸 电池厂家可以通过增大原来电池尺寸来达到电量扩容的效果。我们最熟悉的例子莫过于:率先使用松下18650电池的知名电动车企特斯拉将换装新款21700电池。

锂离子电池技术发展现状与趋势

锂离子电池技术发展现状与 趋势

一、文献综述 1、前言 现阶段,日本、韩国、美国等国家引领锂离子动力电池技术的发展。日本的行业技术水平具有领先优势,韩国的动力电池制造能力处于领先地位,美国则具有引领前沿的科研能力。 2、国外发展现状 2·1日本 2·11 2009年,日本政府推出了RISING计划(创新型蓄电池尖端科学基础研究事业)和U~EAD项目(汽车用下一代高性能电池系统),并于2013年更新了动力电池技术发展路线图(RM2013),具体指标有2020年电池的续航里程实现250~350km·电池系统总电量达到25~35kW·h,电池能量密度实现250Wh· kg-1,功率密变达到1500W·kg-1,循环寿命达到1000-1500次,价格成本降低到2万日元/W·h。RM2013指明了电极材料的发展方向,正极材料要发展xLiMn03·(1~x)LiMO2(M=Ni,Co,Mn,0≤x≤1)、LizMSi0s、LiNiosMn1s04、LiCnP04、Li2MSO·F、LiMO2(M=Ni,Co,Mn);负极材料要发展Sn~CoC合金,Si基负极包括Si/C和Si0,以及Si基合金。 2·12日本具有代表性的锂离子动力电池企业为松下电池公司。松下是动力电池行业的领导者,作为Tesla最主要的动力电池供应商,凭借Tesla的发展稳居市场领导者地位,全球市场份额在20%左右。目前松下电池主要给ModelS和MndelX提供18650圆柱电池,正极采用镍钴铝三元材料(NCA),负极使用硅碳复合材料,单体能量密度可达252Wh·kg-1,而即将使用在Mode13上的21700圆柱形电池单体能量密度更是提高到300Wh·kg-1·是目前行业内能量密度最高的电池。 2·2韩国 2·21 2011年,韩国启动了包含锂离子电池关键材料、应用技术研究、评价及测试基础设施以及下一代电池研究的二次电池技术研发项目。LG化学和三星SDI是具有代表性的韩国锂离子动力电池企业,也是动力电池领域的后起之秀,两者凭借先

锂离子电池及性能研究

毕业设计(论文) 题目锂离子电池正极材料尖晶石 锰酸锂的制备及性能研究 系(院)化学与化工系 专业应用化工技术 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称讲师 二〇年月日 锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备及性能研究 摘要

锂离子电池因其优越的电化学性能、高比容量、长循环寿命、高能量密度以及放电电压高、体积小、环保绿色等特性在过去的十年内得到了迅猛发展。作为锂离子电池重要组成部分的正极材料也成为当前该领域研究的热点之一。尖晶石型LiMn2O4以其高能量密度、价格低廉、无环境污染等特点而被视为最具发展潜力的锂离子电池的正极材料之一。对高温反应而言,包括高温固相反应法、熔融浸渍法、微波烧结法及其他改进的方法;在低温反应方法中,主要讨论了溶胶凝胶法、共沉淀法及乳化干燥法等。体相掺杂和表面修饰是抑制尖晶石型LiMn2O4容量衰减的有效方法。从锰酸锂的制备与改性研究方面综述了锂离子电池正极材料锰酸锂的研究进展,在此基础上提出了正极材料锰酸锂的发展方向。 关键词: 锂离子电池;正极材料;锰酸锂

Preparation and modification of LiMn2O4 as cathode material for lithium ion batteries Abstract Lithium-ion batteries have developed greatly because of its excellent electrochemical properties, high specific capacity, long cycle performance, high energy density and other merits, such as high discharge voltage, small volume and less harm to environment. Spinal LiMn2O4 is a potential cathode material of Li-ion batteries because of its high energy density, low cost and no pollution to environment, etc. Among the synthetic methods, conventional solid-state reaction method, melt-impregnation method, microwave sintering method an-dot her modified method are included in the high-temperature synthetic methods whereas the sol-gel method, co-precipitation method and micro-emulsion method are included in the low-temperature methods. Doping and surface modification are the effectively ways to restrain the capacity loss in cycling. Research progress in recent years on preparation and modification of lithium manganate cathode material was introduced, and based on that, the major developing trend was prospected. Key words: lithium ion battery;cathode material;LiMn2O4

提升锂电池能量密度新方法

研究人员发现在锂电池中的Li2CO3根据锂空气电池中电解质的介电性能(dielectric properties),能够选择性地作为放电反应的最终产物。此外Li2CO3在锂-氧气/二氧化碳电池循环中能够发生可逆反应。 锂空气电池的最高理论能量密度约为3500瓦时/千克,是下一代电动车能量储存系统的良好动力源(600405,股吧),可使电动车实现更长的形式里程。锂空气电池的结构基于一对夹层电极(intercalation electrode)。在充电时,锂离子从阴极移动至电解液然后插进阳极;放电时,该过程逆转。 研究者表示,这项发现非常重要,因为在含有二氧化碳的环境中,锂空气电池中Li2CO3的形成是不可避免的,然而目前发现了可以促使其发生可逆反应的物质,可使电池的循环性能更稳定。 发现在锂电池中的Li2CO3根据锂空气电池中电解质的介电性能(dielectric properties),能够选择性地作为放电反应的最终产物。此外Li2CO3在锂-氧气/二氧化碳电池循环中能够发生可逆反应。 锂空气电池的最高理论能量密度约为3500瓦时/千克,是下一代电动车能量储存系统的良好动力源(600405,股吧),可使电动车实现更长的形式里程。锂空气电池的结构基于一对夹层电极(intercalation electrode)。在充电时,锂离子从阴极移动至电解液然后插进阳极;放电时,该过程逆转。

研究者表示,这项发现非常重要,因为在含有二氧化碳的环境中,锂空气电池中Li2CO3的形成是不可避免的,然而目前发现了可以促使其发生可逆反应的物质,可使电池的循环性能更稳定。 发现在锂电池中的Li2CO3根据锂空气电池中电解质的介电性能(dielectric properties),能够选择性地作为放电反应的最终产物。此外Li2CO3在锂-氧气/二氧化碳电池循环中能够发生可逆反应。 锂空气电池的最高理论能量密度约为3500瓦时/千克,是下一代电动车能量储存系统的良好动力源(600405,股吧),可使电动车实现更长的形式里程。锂空气电池的结构基于一对夹层电极(intercalation electrode)。在充电时,锂离子从阴极移动至电解液然后插进阳极;放电时,该过程逆转。 研究者表示,这项发现非常重要,因为在含有二氧化碳的环境中,锂空气电池中Li2CO3的形成是不可避免的,然而目前发现了可以促使其发生可逆反应的物质,可使电池的循环性能更稳定。 发现在锂电池中的Li2CO3根据锂空气电池中电解质的介电性能(dielectric properties),能够选择性地作为放电反应的最终产物。此外Li2CO3在锂-氧气/二氧化碳电池循环中能够发生可逆反应。 锂空气电池的最高理论能量密度约为3500瓦时/千克,

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