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锂电池值得庆祝的十大技术突破

发布者:【浩博电池资讯】   发布时间:2021-10-26 22:10:24   点击量:137

锂电池在咱们生活中扮演的角色将越来越重要。从智能手机到电动轿车再到储能,处处可见锂电池的身影。可是,跟着这些职业的发展,人们对这些产品提出了更多的需求,也对锂电提出了更苛刻的要求。因而,电池技能打破,尤为重要。现在,锂离子电池能量密度和安全功能亟待提高,锂硫电池、锂空气电池和固态电池都有期望替代锂离子电池,这三种电池技能,是职业研讨的热门范畴。2016年立刻就要走到终点,回顾这一年,elecfans锂电网精心盘点了电池的十大相关科研成果,供大家参考!


打破一:韩国推出新式防火防爆全固态锂电池


韩国蔚山科技大学(UNIST,动力与化学工程学院)YoonSeokJun教授与首尔国立大学的。SengM.Oh教授牵头的研制团队开宣布一种全固态锂电池。开发该电池选用的方法是先将固体电解质熔化,然后将熔化的电解质涂抹在电极上。为了处理粉末状的固体电解质和电极活性资料之间的触摸不活跃,使得锂离子更难以移动到电极的问题。该团队还开宣布了一种能够增强固体电解质导电性的资料,甲醇液中增加碘化锂(LiI)。


据该团队的Jung教授介绍,新开发的固体电解质具有较高的离子导电性、无毒性。并且所选用电池质料和溶剂(甲醇)价格都比较廉价。


比较于液态锂离子来讲,全固态锂电池在循环性、安全性、功率衰减、寿数以及能量密度上都有明显的优势,并且电压更高,电池模组和系统规划起来更简单。


现在困扰全固态电池完成产业化首要有两个问题:一是固态电解质在室温条件下的离子电导率不高;二是固态电解质与正负极之间界面阻抗比较大。


韩国推出的这款新式电池,在固态电解质的离子导电率上获得打破,并且所用的资料都比较廉价,假如技能老练的化,将加速固态锂电池投入商用化的进程。


打破二:新式双离子电池技能本钱更低能量密度更高


中国科学院深圳先进技能研讨院唐永炳研讨员及其团队研制出新式高储能、低体积电池技能。


据介绍,唐永炳发明的铝—石墨双离子电池,是一种全新的高效、低本钱储能电池。这种新式电池,用石墨替代锂电池里的锂化合物,作为正极资料,用铝箔作为负极资料和负极集流体。电解液则由惯例锂盐和碳酸酯类有机溶剂组成。


该新式电池在充电进程中,正极石墨发生阴离子插层反响,而铝负极发生铝-锂合金化反响,放电进程则相反。这种新式反响机理,不仅能够显著进步电池的作业电压(3.8-4.6V),一起大幅下降电池的质量、体积、及制造本钱,从而全面提高全电池的能量密度(~220Wh/kg)。


该团队成员标明,500kg的铝-石墨电池的续航路程可到达约550公里,而平等分量的一般电动轿车电池,续航路程最多只要400多公里。新式电池与传统锂电技能比较,铝-石墨电池可将生产本钱下降约40%-50%,能量密度进步至少1.3-2.0倍。


在修改看来,唐永炳唐研讨员及其团队研制的这种铝—石墨双离子电池,从现阶段来看具有十分高的运用价值。受“骗补事件”影响,国家对新动力轿车的财政补助,从明年开端将全面退坡,铝-石墨电池可将生产本钱下降约40%-50%,可将补助退坡对新动力轿车的负面影响彻底消除,乃至还能使新动力轿车的价格进一步下降。而续航提高,可缓解人们对新动力轿车的“续航焦虑”。假如该电池技能能够及早老练,或能对现有动力电池格局构成有力的冲击。


打破三:微宏不焚烧电池技能或处理电动轿车起火难题


2016年3月19日,微宏在北京水立方举办了“MoreThanSafe|微宏不焚烧电池技能”发布会。此次发布的不焚烧电池技能是微宏历时8年研制的不焚烧电池技能成果。首要从隔阂耐高温、电解液不焚烧的自动防护,与STL智能热控流体技能的被迫防护两个层面处理锂离子电池的安全困局。


研讨标明,锂离子电池在发生热失控时,放热量最多的是电解液,因而不焚烧电解液是确保电池不焚烧所要处理的最重要问题。在现场,微宏展现了不焚烧电解液的确不会被点燃。在完成电解液不焚烧之后,高功能隔阂也是确保锂离子电池安全的重要保证。一般锂离子电池隔阂一般熔点较低,在130摄氏度左右便会缩短,从而导致电池的内部短路,发生热失控。微宏提出了耐高温隔阂的思路。与一般的PE隔阂比较,耐高温隔阂熔点更高,能够确保电池即便在300摄氏度的高温下也不会发生缩短,防范电池内部短路,从而防止热失控。在处理了锂离子电池内部的电解液以及隔阂的问题,相当于为不焚烧电池自动设立了防护办法。微宏也还选用浸没方式的STL智能热控流体技能设立了被迫防护办法。


STL智能热控流体技能是指将电池组浸没在液体里,运用绝缘导热液体作为绝缘、阻燃、导热功能俱佳的资料,能够在电池组内部发生细微内短路的情况下,快速隔绝热失控点,一起运用液体下降热失控点的温度,最大程度地降低了电池组安全危险。STL除了安全以外,也能够均衡电池组内部温度差异、并运用外部循环完成更好的温度操控,一起即便电池组漏液,也能及时经过液体检测发现,安全更有保证。


不焚烧电解液与耐高温隔阂两个自动的防护办法,合作STL智能热控流体这一被迫防护办法,最终完成了电池系统级别的不焚烧、高安全与高功能。


锂电池容易起火,是由于其热稳定性较差,在200℃左右的外界温度下,就会分化并释放出氧气,与电池里的可燃的电解液、碳资料一起,一点就着。锂电池一旦着火,发生的热量会进一步加重正极的分化,在极短的时间内就会爆燃。


电池正常运用进程中并不会到达电池焚烧的条件,当锂离子电池的发生内短路时,就会使锂电池热失控,从而导致锂电池自燃。不稳定的规划、环境恶劣以及机械性的损害等这些外因构成的内短路,能够经过电子器件和机械规划进行防止。可是,由锂电池资料系统及制成工艺等诸多内因构成的的内短路难以操控。


微宏不焚烧电池首要从电解液、锂离子隔阂和热控流体技能三个方面,另辟蹊径,直接阻断焚烧源,最大化防止锂离子电池的焚烧。


打破四:无钴高电压电池资料面世可下降电池本钱


Nanoone公司宣告成功研制无钴高电压锂电池阴极资料——高电压尖晶石。该资料只含锂、锰、镍而不含钴元素,与已商业化的含钴电池资料比较,具有输出电压高,寿数长,安全性高,电池容量和放电功率大的特色,一起下降了本钱、环保和供应链的危险压力。高电压电池资料分量轻、体积小和本钱低的优势将在未来电动轿车和数码产品中发挥严峻效果。


纵览商场上的三大电池资料,钛酸锂,本钱高,能量密度低;磷酸铁锂,能量密度偏低,本钱偏高,输出电压较低;三元资料,不够安全。稍作比照,就能知道这种新电池资料的价值所在,能够说是完美的处理了现在锂电池面对的几大瓶颈。


打破五:新式复合金属锂电极资料面世打破商业化瓶颈


美国斯坦福大学闻名资料学家崔屹与美国前动力部部长、诺贝尔物理奖得主朱棣文组成的研讨团队,最近在金属锂电极的实践运用研制方面获得严峻打破。


金属锂具有极高的理论比容量和理想的负极电位。以金属锂为负极的二次电池,具有高作业电压、高能量密度等优势,使得金属锂成为当今动力存储范畴的首选资料。可是金属锂与电解液的副反响,循环进程中的电极尺度改变,以及锂枝晶的构成。前者很大程度上下降了电池的库伦功率,影响了其电化学功能;后两者则会给金属锂电池带来严峻的安全隐患。


该研讨团队经过多次测验后,他们将目光转向了纳米技能。研讨小组对资料外表特别浸润性进行深入研讨后,初次提出了“亲锂性”这一概念,并运用外表“亲锂化”处理的碳质主体资料,经过树立“亲锂”的界面资料系统,开创性地将金属锂融化之后,运用毛细效果吸入碳纤维网络的空地中,成功制备出含有支撑框架的复合金属锂电极。新研讨的复合金属锂电极在碳酸盐电解液系统的循环进程中具有较小的尺度改变、极高的比容量和杰出的循环及倍率功能,其电压曲线也相对平滑,打破了当时制约金属锂电池商业化的首要问题。


复合金属锂电极由10%体积比的碳纤维和金属锂资料组成。碳纤维网络具有杰出的导电性,超高的机械强度和电化学稳定性,因而,作为金属锂的主体框架资料是绝佳挑选。与之前的相关研讨比较,梁正等人将金属锂融化,并依据不同资料的浸润性所提出的“亲锂”“疏锂”概念,为金属锂电极研讨供给了新思路,并且对其他范畴的研讨具有极高的借鉴效果。


在这项科研中,修改以为,相较于合成新式复合金属锂电极资料这个成果,它们所提出来的“亲锂”、“疏锂”概念的成就更大,由于这个概念为金属锂电极研讨供给了新思路,或许会在未来的科研中开宣布更优秀的资料,更多的科研成果。


打破六:MIT新式锂氧电池或处理电动轿车续航“焦虑”


由麻省理工学院核科学与工程学院教授李巨领衔,与MIT、阿贡国家实验室、北京大学等别的几名成员研讨团队发布了新研制的锂氧电池。


依据李巨教授介绍,“传统的锂空气电池的作业原理是这样的:在放电进程中,锂空气电池从外界吸收氧气,并与电池的锂发生化学反响。在充电进程中,则发生相反的化学反响,氧被重新释放到空气中。而新式锂氧电池,充电与放电进程中,锂元素与氧气进行相同的电化学反响,但整个进程中根本不需求氧元素的气态改变。氧元素一向以固态局势存在,并可在三种氧化复原状况中直接切换,发生三种不同的固体化合物——氧化锂Li2O、过氧化锂Li2O2以及超氧化锂LiO2”。


新式电池的奥秘在于创立一个极小的微粒,大约在纳米级别,成玻璃状的微粒可一起包括锂与氧,并紧紧被包围在氧化钴(cobaltoxide)的小矩阵里。由于一般状况下,纳米锂氧十分不稳定,所以研讨人员将它们放入了氧化钴的矩阵之中。氧化钴矩阵其实是一种类似海绵状的物质,每隔几纳米就有一个气孔。氧化钴矩阵一方面能够稳定住纳米锂氧,另一方面,还能够充当化学反响的催化剂。


李巨教授将锂空气电池和新式锂氧电池进行比照,锂空气电池的一大缺点是电池充电与放电时电压的不匹配。电池的输出电压比充电时的电压要低1.2伏还要多,这意味着在每一次完整充电进程中,都会发生巨大的能量损失,在充电时,约30%的电量以热量的形式丢失,假如你充电速度过快,它都能够自燃。锂氧电池电压损耗情况能够改善5倍以上,从1.2伏减为0.24伏,所以,仅有8%的电能被转化成了热量。这意味着轿车能够快速充电,因而电池组发烫的情况会处理,不再构成安全隐患,并且电池的动力功率得到了保证。


锂空气电池其实是锂干氧电池,由于它彻底不能处理湿润以及二氧化碳。所以锂空气电池运用的输入型空气需求认真处理。新电池彻底不需求吸入以及排除气体,这个困扰锂空气电池的问题便利的解决。


此外,新式电池本身存在一种过度充电的保护机制,在过度充电情况下,化学反响能够完成自我约束。一旦过度充电情况发生,化学物质立刻转变成别的一种形状,从而化学反响间断。在循环负荷试验中,新式电池的实验室版别完成了120遍充电—放电的循环测验,整个进程下来,仅有2%的能量损失,这意味着这种电池或将具有超长寿数。


研讨团队标明,新电池运用的作为液体电解质的碳酸盐是最廉价的一种。此外,氧化钴的分量还不到纳米锂氧分量的一半。整体而言,这种新式电池与锂空气电池比较,运用更为广泛、价格更为低价、运用更为安全。


修改以为,这是一项严峻打破,或许会推动氧基电池技能的严峻发展。锂空气电池,被以为是锂离子电池的终极形状,而这个新式锂氧电池更是锂空气电池的升级版,愈加强大、愈加便利、还愈加安全。期望这项技能能够快点老练,走上商场!


打破七:中科院研制出高功能石墨烯锂电池资料


中国科学院合肥物质科学研讨院智能机械研讨所刘锦淮和黄行九课题组的副研讨员刘金云等在研制高功能石墨烯锂离子电池方面获得新成果。


刘金云等经过美国伊利诺伊大学香槟分校和中科院合肥研讨院合作,研制了一种根据三维石墨烯的复合电池资料,具有高的活性资料负载量、短的离子电子传输途径,并且电极资料组装成电池不需求运用任何粘结剂和导电剂等增加剂,电池具有高容量和优秀的循环稳定性。


研制的三维石墨烯/五氧化二钒电池正极资料,在12分钟彻底充/放电条件下,循环2000次后电池容量大于200mAh/g(很多文献报导小于1000次、容量遍及低于150mAh/g);并且1分钟充电的容量,到达商用和文献报导的大于5分钟的附近容量。


此外,该三维石墨烯复合电池资料结构规划还能够运用于锂离子电池负极资料,比方研制石墨烯/硅复合负极,展现出杰出的通用性。


从便携式电子设备到新动力电动轿车,都对高功能锂离子电池具有火急需求。作为锂离子电池的核心,电极活性资料遍及要求具有高容量和能量密度、长时间循环稳定和安全性。石墨烯锂离子电池资料研制的打破,有望再度给石墨烯产业的运用和推行带来利好。


打破八:麻省理工发现新式可导电海绵状MOF资料推动电池技能发展


美国麻省理工学院初次发现了具有导电性的金属-有机框架化合物MOF资料(metal-organicframeworks),海绵状微观结构的新式MOF资料具有极高的储能密度,有望能够成为新一代超级电容/电池技能的核心资料。


海绵状的新式MOF资料由于结构特性,具有极高的资料外表积,由此能够制备具极高储能密度的超级电容器,新式MOF资料被证明可在一定条件下具有导电性。这种具有高度导电性的MOF资料,打开了一个全新的运用类型。


该团队相信,运用该资料制备的超级电容将有更高的储能密度,有望运用在更广的范围内,推动新一代电池技能发展。


碳纳米管具有极好的中孔功能和导电性,选用碳纳米管资料,制得的超级电容器,储能密度比较高。可是碳纳米管资料的制备条件十分苛刻,且本钱昂扬。这种海绵状的新式MOF资料制备的超级电容比碳纳米管超级电容气储能密度更高,假如本钱能够有所下降的话,那么它或许会替代碳纳米管超级电容器的位置,假如本钱也比较高的化,那么运用的空间肯能会缩小很多。


打破九:掺杂碳纳米管片新式锂电池受损后可自我愈合


研讨人员开发了一种新式锂离子电池,即便受损后,它也能迅速“再生”,恢复对外供电。新一代电池运用一系列掺有聚合物的碳纳米管片,在电池受损时不止会阻止走漏,还使“创伤面”能自我愈合。


开发这项技能的研讨团队,运用佩戴在玩偶手臂上的柔性腕带形状电池进行了演示。电池遭到损害后,会自己“长好”,恢复供电,就像没有遭到过损害一样。研讨人员以为自愈合电池能够用于可穿戴设备——尤其是有时或许受损的可穿戴设备。


现在,新式电池还处于试验阶段,因而要运用在Fitbit健身手环或AppleWatch等可穿戴设备中还需求一段时间。


传统锂离子电池虽然能够规划为柔性电池,可是,假如破裂、弯曲或遭到过大压力,它们仍然或许受损。一旦电池受损,整个运用电池的设备就失效了,构成财物损失,别的电池算坏,还有或许构成有毒、带有腐蚀性或易燃的化学物质走漏,带来安全隐患。这个可愈合的电池,修改隐约有些小激动啊,真是心疼以前扔掉的那些不小心弄坏电池电动玩具,真是可惜啊,没赶上好时候!


打破十:华为石墨烯基高温锂离子电池获得严峻打破


12月1日,华为中央研讨院瓦特实验室宣告在锂离子电池范畴完成严峻研讨打破,推出业界首个高温长寿数石墨烯基锂离子电池。实验结果显示,以石墨烯为基础的新式耐高温技能能够将锂离子电池上限运用温度进步10℃,运用寿数是一般锂离子电池的2倍。


华为瓦特实验室首席科学家李阳兴博士指出,石墨烯基高温锂离子电池技能打破首要来自三个方面:在电解液中参加特别增加剂,除去痕量水,防止电解液的高温分化;电池正极选用改性的大单晶三元资料,进步资料的热稳定性;一起,选用新式资料石墨烯,可完成锂离子电池与环境间的高效散热。


据介绍,高温环境下的充放电测验标明,平等作业参数下,该石墨烯基高温锂离子电池的温升比一般锂离子电池下降5℃;60°C高温循环2000次,容量保持率仍超过70%;60℃高温存储200天,容量损失小于13%。


这一研讨成果将给通讯基站的储能事务带来革新。在炎热区域运用该高温锂离子电池的外挂基站作业寿数可达4年以上。石墨烯基锂离子电池也将助力电动车在高温环境下耐久续航,以及无人机高温发热下的安全飞翔。


修改以为,在华为的这款新式电池中,石墨烯是用来完成锂离子电池与环境间高效散热的,所以华为这个“石墨稀基”有些耐人寻味。可是,石墨烯高导热的功能是公认的,用来提高散热功能这是个值得推行的思路。别的,华为提到的该技能能够用于极点环境区域的通讯基站,也明确了这款电池的优势是在极点环境下确保储能-供能稳定,并非无所不能。

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    温度范围:-40℃—65℃
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  • 高安全

    过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
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  • 高可靠

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