石墨烯在柔性锂离子电池中的应用及前景

随着具有变形功能的移动电子设备的出现和发展,为其供电的可变形、柔性锂离子电池近年来受到广泛关注.柔性锂离子电池一般指具有可逆弹性变形能力,同时可正常工作的锂离子电池.按照变形难易程度,大部分研究中的柔性锂离子电池,均指可弯折柔性锂离子电池.本文总结了石墨烯在可弯折柔性锂离子电池领域的进展情况.石墨烯具有很高的电子电导率,可将石墨烯附着于高分子、纸、纺织布等柔性基底上,利用基底提供柔性支撑、力学性能,石墨烯提供导电网络,形成石墨烯/柔性基体复合结构.利用石墨烯的二维柔性结构及表面官能团,与其他材料复合,能够制备出一体化石墨烯复合柔性电池电极.石墨烯柔性复合材料作为电极时,能够提高电池的整体能量密度,因此具有更广阔的发展前景.本文同时介绍了柔性锂离子电池的力学特性和电化学性能表征方法,并对柔性锂离子电池的未来发展方向进行了预测.柔性锂离子电池发展趋势是提高其变形能力,并赋予柔性锂离子电池一定的可拉伸性能,以使其适应各种复杂应用;新型柔性锂离子电池也将具有自修复和快速充电能力;未来同时将研究喷涂或打印等新型柔性电极的制备和器件优化设计.虽然仍然存在尚待解决的问题,石墨烯柔性锂离子电池经过适当的电化学性能和力学性能改进,将在移动电子领域得到广泛应用.     

锂离子电池的发展现状及展望

锂离子电池具有比能量高、无记忆效应、工作电压高以及安全、长寿命的特点。本文回顾了锂离子电池的发展历史,分析了锂离子电池的工作原理,总结了锂离子电池的特点,综述了目前锂离子电池常用的正、负极电极材料和电解质,最后分析了锂离子电池目前存在的问题并对其未来的发展进行了展望。     

锂电池:让锂的能力达到极致

<正>智能手机如今无处不在,而它们的成功应归功于为它们供电的锂离子电池研究者们正在开发一种电能十倍于传统电池的新型电池。之所以我们能将功能强大的"微型电脑"放在兜里随身携带,锂离子电池功不可没。它为通信和交通带来革命性的变革,并使超薄的智能手机和行驶距离符合实际需求的电动车开始崛起。     

锂电行业新星崛起：稳定的固态锂金属电池

正锂离子电池是当前大多数电子设备(包括电动汽车)的能量源泉。不过尽管优势突出、潜力巨大,它的一个固有缺陷不可忽视,那就是锂枝晶:锂电池充电时,锂离子还原,此过程会形成树枝状的金属锂;这些薄薄的、弯弯曲曲的枝状锂片可形成尖头,刺穿电池,导致短路或其他问题。此类情况最终将缩短锂离子电池的使用寿命。而对于研究者来说,解决树枝晶问题就是锂离子电池改进的重要方向。     

在飞机上使用的锂离子电池研究

随着科技发展,锂离子电池技术广泛发展。文章介绍了在飞机上使用的锂离子电池的发展简述及其优异的性能,最后对锂离子电池的前景进行了展望。     

锂离子电池热失控扩展特征及抑制策略研究进展

锂离子电池在能量密度和工作电压等关键工作性能方面具有很大的优势,广泛应用于电化学储能系统中.锂离子电池由于具有能量密度高、电解质易燃、隔膜稳定性低等特性,不可避免地出现热失控等安全问题.若局部区域电池的热失控事件不能有效控制,将导致热失控事件扩展至系统层面,造成严重安全问题.因此,在电池体系未能取得重点突破,本征安全问题不能根本解决时,锂离子电池热失控扩展的有效抑制尤为重要.本文针对锂离子电池热失控扩展问题,首先介绍了热失控触发诱因与机理;然后从电气特征和传热特征两个角度阐述了热失控扩展特征,为热失控扩展的抑制策略设计提供理论支撑;最后在介绍典型单体热失控及其扩展模型基础上,从散热与隔热、相变材料技术、兼顾常规工况的策略三方面对热失控扩展抑制策略的研究现状进行了总结,指出了进一步研究的方向和关键所在,可为锂离子电池系统安全性能的提升提供理论基础和工程应用指导.     

“穿”在身上的电池

<正>出门不需要带充电器和充电宝,通过身上穿的衣服,就可以对手机进行无线充电,这听起来像是科幻片的场景正在逐步成为现实。近日,我国复旦大学的研究团队通过系统揭示纤维锂离子电池内阻随长度变化的规律,有效解决了聚合物复合活性材料和纤维电极界面稳定性难题,连续构建出兼具良好安全性和综合电化学性能的新型纤维聚合物锂离子电池。该纤维聚合物锂离子电池表现出了良好的综合性能,显示了广阔的应用前景。     

特斯拉超级电池工厂的成败攸关之年

<正>终于,特斯拉的锂离子电池将要从超级电池工厂下线了,但它会给特斯拉带来丰厚收益吗?3年前,特斯拉汽车公司宣布了建设超级电池工厂(Gigafactory)的计划,这个锂离子电池工厂横亘在美国内华达州斯帕克斯市外炎热的丘陵上。此前,从未有人提过与此类似的建议。特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)宣称,该超级电池工厂将成为世界上最大的建筑物,占地面积相当于107个     

可充电电池革命

<正>●化学家们正在重新发明可充电电池,努力降低成本、提高容量。移动世界依赖于锂离子电池,这是目前顶级的可充电能量存储件。去年,消费者购买了50亿个锂离子电池给笔记本电脑、相机、手机和电动车供电。"这是任何人见过的最好的电池技术。"总部设在伊利诺伊州芝加哥附近的阿贡国家实验室的美国储能研究联合中心(JCESR)主任乔治·克拉布特里(George Crabtree)说。但是,克拉布特里想做得更加     

锂离子电池:20世纪最重要的发明之一

<正>每年10月诺贝尔奖的公布全球瞩目,花落谁家牵动着亿万科技工作者的心. 2019年10月9日瑞典皇家科学院宣布,今年诺贝尔化学奖由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的约翰·古迪纳夫(John B. Goodenough)、美国纽约州立大学宾汉姆顿分校的斯坦利·惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham)和日本旭化成公司的吉野彰(Akira Yoshino)共享(图1),表彰他们为锂离子电池的发展做出的重要贡献.诺贝尔奖官方网站高度评价他们创造了一个可充电的世界("They created a rechargeable world"),对锂离子电池描述为:重量轻(lightweight)、可充电(rechargeable)、强劲(powerful).如今,锂离子电池已经应用于手机、数码相机、笔记本电脑     

高电压正极材料在全固态锂离子电池中的应用展望

全固态锂离子电池是以固态电解质取代液体电解质的锂离子电池、它有望从根本上解决电池的安全性问题,如能实现其大容量化和长寿命,将在电动汽车和规模化储能领域具有非常广阔的应用前景.由于固态电解质比液态电解质有更宽的工作电位窗口,因此可以在全固态电池中使用具有较高电压平台的正极材料,通过提升电池的工作电压以获得高能量密度,从而实现大容量化.锂离子电池正极材料尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料都具有较高的电压平台,是全固态锂离子电池可选用的理想正极材料.本文介绍了尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4,三元层状材料和富锂锰基正极材料的结构和性能特点,重点阐述了与改善材料的电导率和界面性质相关的的研究,改善其作为全固态锂离子电池正极材料与固态电解质的匹配性能,从而全面提升全固态电池的性能.总结了3种材料在全固态锂离子电池中应用存在的问题,提出未来的技术攻关方向,并对其在全固态电池中的应用前景进行了展望.     

锂离子电池热失控及其预警方法

相较于传统储能器件,锂离子电池具备高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点,已被广泛应用于便携电子设备、电动汽车以及大规模储能等领域中.然而,随着锂离子电池能量密度的不断提升,其安全性受到极大挑战,电池安全事故频发.热失控是导致电池安全性不佳的主要诱因,其受到滥用情况、电池初始状态、工作条件以及电池结构设计的影响,无法完全避免.了解锂离子电池热失控的内在机制和外部特征,对电池热失控进行检测和早期预警,避免热失控引发的灾难性安全事故发生,可显著提升电池安全性.本文系统介绍了锂离子电池热失控的主要诱因(包括电滥用、热滥用、机械滥用等)、热失控发生的过程及早期预警信号和方法(包括电池电压/电阻、温度、压力、气体、声音、烟雾、火焰等).最后,对未来锂离子电池热失控预警的高精度、宽应用范围的发展趋势进行分析和展望.     

可弯曲折叠的纸质钝电池

电池是各种便携式电子产品．重要而义恼人的部件，踱弃的电池还会造成环境的污染。斯坦福大学开发了一种新型锂离子电池．这种超薄可充电电池可以制作在一张纸上．轻型、灵活．就像普通的A4纸一样。     

能源存储的技术革命

<正>乔治·克拉布特里,阿贡国家实验室能源存储研究联合中心负责人锂离子电池推动了智能手机行业蓬勃发展,而根据乔治·克拉布特里(George Crabtree)的观点,下一次能源革命将颠覆交通和智能电网行业。1991年商业化的锂离子电池问世之际,也许没有人想象它能颠覆个人电子设备行业。它最初应用于可携带音乐播放器和便携式摄像机,之后     

锂电池牵引电动汽车产业革命

经过10多年的筛选,现在普遍看好的动力电池有氢镍电池、铁电池、锂离子和锂聚合物电池.氢镍电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍,其他性能也都优于铅酸电池,但目前价格为铅酸电池的4～5倍,正在大力攻关使其降下来.铁电池采用的是资源丰富、价格低廉的铁元素材料,成本得到了大幅度降低,已有厂家采用.锂是最轻、化学特性十分活泼的金属,锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍,锂聚合物电池单位重量储能为铅酸电池的4倍,而且锂资源较丰富,价格也不很贵,是很有希望的电池.     

石墨烯在锂离子电池材料中大有可为

锂离子电池是一种典型的可充电电池,在储能技术领域占主导地位,应用极为广泛。近年来,科技发展对锂离子电池提出了更高要求,包括高能量密度、高安全稳定性等,驱动着电池材料与结构不断创新发展。研制石墨烯基复合正极负极材料,是极为活跃的方向。在此,对锂离子电池的结构、面临的突出挑战以及石墨烯基正极和负极材料研究前沿进行了介绍,重点围绕石墨烯增强电极材料电学特性的基本原理和复合材料制备技术作了阐述,也提出了未来发展动向。     

用于锂离子电池的石墨烯导电剂:缘起、现状及展望

石墨烯具有很高的电导率及柔性、二维、超薄的结构特性,是兼具"至薄至柔至密"特征、极具潜力的锂离子电池导电剂.使用在锂离子电池中,通过与活性物质"面-点"接触,"至薄至柔"的石墨烯具有非常低的导电阈值——使用量较少时就可以有效提高电极的电子电导率,大幅降低作为非活性物质的导电剂使用量,实现电池活性物质的"至密构建",有效提高电池的体积能量密度.然而,石墨烯的二维平面结构又会对电极内部锂离子的传输产生"位阻效应",影响高倍率条件下锂离子电池性能的发挥.因此,在使用石墨烯导电剂时,需要结合最终锂离子电池设计需求(能量或功率性能优先),综合考虑其对电子/离子传输过程的影响,提出石墨烯导电剂的设计方案.本文从石墨烯及其用作导电剂的特点、影响石墨烯导电剂使用的关键因素等方面出发,详细评述了石墨烯导电剂的应用缘起和研究现状,并对石墨烯的未来应用趋势和产业化前景进行了展望.     

羰基化合物作为锂离子电池有机电极材料研究进展

随着锂离子电池从便携式电子设备到大规模储能系统的应用,开发具有高能量密度、功率密度和长循环寿命的锂离子电池成为研究的重点之一.而锂离子电池的性能很大程度上取决于电极材料.目前,广泛使用的无机电极材料普遍存在容量提升有限、能耗高和成本高等缺陷.因此,开发新型电极材料至关重要.与传统无机材料相比,有机电极材料具有结构可控、资源丰富、清洁环保和成本低廉等优势,近年来得到了广泛关注.其中共轭羰基化合物以羰基为活性基团,因其结构多样、理论容量高和反应动力学快而被广泛研究.本文从正极、负极、全电池三方面,综述了目前国内外已经开展的关于羰基化合物作为锂离子电池电极材料的研究工作,评述了这些化合物的电化学性能及其具备的优势和存在的不足,并指出了有机化合物作为锂离子电池电极材料需要解决的关键问题.     

锂电池有望实现长寿

<正>近日,科学家发现了一种材料——锑晶体,可使锂离子电池在不牺牲电池寿命的情况下,拥有更多的能量。据介绍,锂离子电池通过在两个电极(负电的阴极和正电的阳极)之间来回传输离子来产生电力。但在目前的状态下,增加锂离子流动的努力因阳极材料的老化而受阻,阳极材料在充电和放电过程中会膨胀和收缩,导致更大的压力,从而降低电池的寿命。     

数据驱动的锂离子电池全生命周期状态参数评估

机器学习作为人工智能核心技术之一,通过对当前数据的学习找出复杂问题之间的关系而被广泛应用,机器学习作为研究锂离子电池状态参数估计的新技术,相关报道也层出叠见.本文首先回顾了传统模型中的电化学模型和等效电路模型在电池状态估计的研究进展;然后基于这些模型当前的局限性,回顾、分析、比较了不同机器学习模型在电池状态参数估计中的应用进展及取得的成绩;最后指出了当前基于数据驱动的人工智能方法在锂离子电池状态参数评估过程中所面临的问题,并对未来发展提出了建议.