登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
正负极材料在充放电过程中脱出或嵌入锂离子,锂浓度分布直接与材料的荷电状态相关,与电极材料的体积膨胀或收缩时的应力和应变密切相关。在锂离子电池极片中,如果知道了锂分布就能获取很多电极反应信息,了解充放电过程,解释电池失效机理。
锂离子电池的工作原理:
(1)充电时:Li从阴极材料(例如LiCoO2材料)脱嵌,经过电解质嵌入阳极材料(例如Graphite材料),与此同时,相等数量的电子沿与放电时相反的路径进入阳极材料。
(2)放电时:Li+从阳极材料(负极)脱嵌,经过电解质嵌入阴极材料(正极),与此同时,相等数量的电子从阳极材料流出,经负极集流体、外部电路和正极的集流体进入阴极材料,从而使正负极分别发生氧化和还原反应。
充电与放电过程的不同在于:充电时,电子不能自发在外电路移动,须外加电源做功才行。
电化学模拟预测锂浓度分布
锂离子电池电化学伪二维(P2D)模型是基于多孔电极理论以及浓溶液理论建立的,如图1所示,考虑了电池内部的实际化学反应过程,包括固相扩散过程、液相扩散及迁移过程、传荷过程、固液相电势平衡过程。采用Butler-Volmer方程描述每个电极上的电化学反应及表面的嵌入与脱出锂过程,采用Fick第二扩散定律来描述锂离子在颗粒内部的扩散过程。若干个描述反应过程的偏微分方程以及相应的边界条件组成模型,在很短的计算时间即可得到反应电池外部特性的充放电曲线,同时还可得到反应内部过程的正负极材料的固相浓度分布和固相电势分布以及电解液的液相浓度分布和固相电势分布等细节问题,具有准确、全面、基于机理等优点。
图1 锂离子电池电化学伪二维(P2D)模型
将伪二维模型扩展,几何模型采用三维结构时,能够计算得到详细的电极材料中锂的分布,如图2所示,钴酸锂电极在不同的SOC荷电状态下锂浓度分布,从中可以看见锂分布的局部不均匀现象。
图2 钴酸锂电极锂浓度分布模拟结果
中子衍射在线检测锂浓度分布
而电化学模拟预测的锂浓度分布能够说明很多问题,但是这毕竟不是真实测量结果,是对锂离子电池电极过程的一种理想假设。而中子衍射技术是一种利用不同材料对中子辐射的遮挡率不同,对材料进行分析的技术。中子辐射的穿透力强,散射长度与原子序数Z无关,且对轻原子也灵敏,因此,中子对锂离子电池材料中的锂原子和镍锰钴过渡金属原子均非常敏感,我们能够在不破坏锂离子电池结构的前提下对锂离子电池内部Li的分布进行原位的分析研究。
Owejan等人采用图3所示装置,将石墨负极与锂片组装成半电池,用中子照相法在线检测了石墨极片中锂的传输过程和分布情况。中子束穿透PTFE封装材料,对电池极片横截面成像,直接检测电极横截面上锂的分布,极片单侧涂层,宽度5㎜,检测面长度15㎜,如图4a所示。然后,他们通过理论分析,将中子图谱强度与锂浓度建立了直接联系,这样可以直接定量测量极片截面上锂浓度的分布。
图3 用于高分辨中子在线检测的锂电池构造装置
图4是石墨电极片在第一次放电过程中,嵌入电极片中的锂分布。图4a是极片样品及其检测面示意图,图4b是在不同的放电时刻对应的锂浓度分布图谱,图4c是对应时刻的电池的电势演变过程。电极的锂浓度及其分布和电极的电势很好的对应起来了。同样,图5是石墨电极片在第一次充电脱离锂过程中的锂浓度分布和对应时刻的电势。
图4 石墨第一次放电嵌锂过程中电极截面锂浓度分布,(a)照相示意图,(b)不同放电时刻的锂分布,(c)电池的电压演变。(倍率C/9)
图5 石墨第一次充电脱锂过程中锂浓度分布,(a)不同充电时刻的锂浓度分布和(b)电池的电压演变(倍率C/9)
图4和图5的中子束图谱,可以定量分析锂离子浓度。在放电/充电过程中,虽然倍率很小(C/9),但是还是能够观察到极片靠近集流体和靠近隔膜两侧的锂分布不均匀性,这种差异定量分析如图6所示,靠近隔膜侧锂浓度比集流体侧更高,而且随着嵌锂量增加,差异增大。
图6 放电过程中极片隔膜和集流体侧嵌入的锂浓度差异
另外,作者关注了石墨电极嵌锂再脱锂后,残留在极片中的锂离子浓度,如图7所示,这部分锂造成了容量损失,是不可逆容量。石墨电极前四次放电/充电循环中,残留在石墨电极中的锂量如图8所示,不可逆锂损失主要发生在第一次循环,随后几次循环,残留锂量几乎不再变化。
图7 第一次循环完全充电状态极片中残留的锂分布
图8 前4次循环放电容量以及残留的锂的容量
随着实验技术发展,研究人员不断开发在线检测技术,研究锂离子电池机理。除了中子束在线检测,还有拉曼谱在线检测,x射线在线检测等众多技术。
[1]Yuan,S., et al., A transfer function type of simplified electrochemical model withmodified boundary conditions and Padé approximation for Li-ion battery: Part 1.lithium concentration estimation. Journal of Power Sources, 2017. 352: p.245-257.
[2]. Kashkooli, A.G., et al., Representative volumeelement model of lithium-ion battery electrodes based on X-ray nano-tomography.Journal of Applied Electrochemistry, 2017. 47(3): p. 281–293.
[3]Jon P.Owejan, Jeffrey J. Gagliardo, Stephen J. Harris, et al. Direct measurement oflithium transport in graphite electrodes using neutrons[J]. ElectrochimicaActa, 2012, 66(13):94-99.
[4]Siegel JB, Lin X, Stefanopoulou A G, et al. Neutron Imaging of Lithium Concentration inLFP Pouch Cell Battery[J]. J.electrochem.soc, 2011, 158(5):A523-A529.
[5]Surblé,S., et al., Operando analysis of lithium profiles in Li-ion batteries usingnuclear microanalysis. Journal of Power Sources, 2018. 393: p. 37-42.
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星电池网获悉,据滁州市人民政府发布消息,4月24日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目开工仪式在中新苏滁高新区举行。据悉,该项目总投资18.3亿元,将于今年9月完成厂房建设,12月竣工投产,建成投产后可实现年产值约23.4亿元。
据长沙工信消息,4月18日,位于宁乡高新区的湖南阿斯米新材料有限公司自主研发的万吨级锂离子电池负极前驱体生产线正式启动,这是全球首台套万吨级锂离子电池负极前驱体连续自动化生产线。据了解,阿斯米公司投资30亿元建设锂离子电池石墨负极材料生产及相关设备制造基地项目,一期投资8亿元,设计年产
北极星储能网获悉,据延安招商局消息,4月22日,延安市首个锂离子电池储能项目在黄陵县举行签约仪式。该项目由上海润雅鸿真能源有限公司全资建设,总公司为天津润雅科技股份有限公司。本次签约项目位于黄陵县高新区技术产业园,总建设用地面积60亩,配置容量为300MW/600MWh的磷酸铁锂储能系统,配套一
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球小软包锂离子电池出货量54.8亿只,同比下滑2.6%,已经连续两年同比下滑。EVTank表示,全球小软包电池出货量的下滑叠加价格的下跌导致整个行业的市场规模在2023年同比下
日前,合康新能在在互动平台上表示,公司目前没有研发储能锂离子电池。
天力锂能4月16日在投资者互动平台表示,公司2023年研发投入占比接近往年水平,暂未研发锂硫电池。
北极星电池网获悉,据八闽国资消息,近日,宁德70000吨锂离子电池正极材料(CD车间)项目主体结构封顶仪式顺利完成。该项目是福建省重点项目,总投资24.45亿元,主要建设C、D两幢车间及相关配套,项目建成投产后,预计可年产7万吨锂离子电池正极材料。
得益于电池技术不断提升,以及中高端新能源乘用车车型增多,新能源汽车电池包容量越做越大正成为趋势。电池中国观察到,近段时间,国内多款热门中高端新车均搭载了70kWh-150kWh带电量的“大”电池包,纯电续航里程超600公里,甚至1000公里。这意味着“大”电池包已成为中高端新车标配,(超)长续航也成
北极星电池网获悉,据贝特瑞消息,4月8日上午,贝特瑞地中海年产5万吨锂离子电池正极材料项目在摩洛哥丹吉尔科技城举行开工仪式。贝特瑞地中海公司董事长杨顺毅,贝特瑞地中海公司总经理杨平州,丹吉尔地中海港集团服务板块董事长/摩洛哥丹吉尔科技城(SATT)总经理JaafarMrhardy,SATT常务副总经理/CR
4月9日,宁德时代德国图林根工厂获得了大众汽车集团模组测试实验室及电芯测试实验室双认证,成为全球首家获得大众集团模组认证、欧洲首家获得大众集团电芯认证的电池制造商(全球首家获得大众集团电芯认证的电池制造商为宁德时代集团总部)。此次认证,是国际一流车企对宁德时代测试验证能力,以及技术
在全球绿色能源和技术的发展浪潮下,我国电源结构持续优化,可再生能源发电装机规模屡创新高。目前,我国已建成了世界上最大的清洁电力供应体系,在全球清洁能源技术价值链中发挥着核心作用。不同于传统能源的是,可再生能源存在着供应不稳定的特点。不同地区、气候下的能源供需存在巨大的差异,在传统
据长沙工信消息,4月18日,位于宁乡高新区的湖南阿斯米新材料有限公司自主研发的万吨级锂离子电池负极前驱体生产线正式启动,这是全球首台套万吨级锂离子电池负极前驱体连续自动化生产线。据了解,阿斯米公司投资30亿元建设锂离子电池石墨负极材料生产及相关设备制造基地项目,一期投资8亿元,设计年产
全球性的资源保护下钠电池及其他新的电池技术或将蹚出一条新路中国是锂电消费大国,相对来讲,中国本身是一个富锂大国,但中国的盐湖锂资源及其品位要弱于南美三国,大规模开采及产能提升的爬坡周期较长,难以实现经济且大规模开采,预计国内市场海外锂占比将长期维持在85%-90%之间。去年来虽然锂价“
百川股份公告,近日,公司孙公司宁夏百川新材料有限公司实施的“年产1.5万吨石墨负极材料(1万吨石墨化)项目”已完成竣工验收,正式投产;“年产2万吨磷酸铁、6000吨磷酸铁锂产品项目”、“锂电池回收利用项目”已完成相关部门验收手续,进入生产阶段。子公司宁夏百川科技有限公司实施的“正异丁醛及
硅宝科技3月18日在投资者互动平台表示,公司已建成1000吨/年硅碳负极材料中试生产线,产品在动力电池厂客户送样测评中,产品性能优异,得到客户好评,目前正在根据客户需求进行批量供货。
北极星储能网讯,3月16日下午,大同市新荣区人民政府、武汉天钠科技有限公司与和阳光新能源开发股份有限公司钠电池材料项目签约仪式在新荣经济技术开发区举行。新荣区委副书记、区政府代区长、新荣经开区党工委书记郭立东,武汉天钠科技有限公司董事长、总经理韩建涛,阳光新能源开发股份有限公司华中
北极星储能网讯,3月17日,尚太科技发布投资者关系活动记录表显示,公司目前正在积极寻找优质的外协厂商合作,为第二季度开始委外石墨化加工做准备。1、请介绍一下公司2023年四季度和2024年一季度的排产情况、库存、出货情况?答:原则上,公司根据市场需求情况及备货政策适时动态调整公司的产能利用率
北极星储能网获悉,尚纬股份3月8日在回复投资者提问时表示,公司动力储能电池负极材料一体化首期4万吨负极材料暨配套基础设施项目正在积极稳步推进中,具体项目建设进展情况请关注公司定期报告相关内容。公司严格按照相关法律法规及时履行信息披露义务。
北极星储能网获悉,3月4日,在邛崃市的四川紫宸科技项目建设现场,占地面积2000多亩的土地上一座座白色的标准化厂房已经拔地而起。四川紫宸科技项目总投资115亿元,目前是全球新能源锂电池负极材料开工建设面积最大的产业基地,完全建成后将实现年产28万吨负极材料成品。目前,该项目一期10万吨负极材
北极星储能网获悉,贝特瑞3月1日披露的投资者关系活动记录表显示,截至目前,负极材料领域,公司已投产产能为49.5万吨/年;高镍三元材料领域,公司已投产产能为6.3万吨/年。2024年,印尼年产8万吨负极材料项目正在建设中,高镍三元材料整体产能也有望增加,同时,山西瑞君和云南贝特瑞石墨化产能也会陆
2月29日,芦山县年产6万吨锂电池负极材料高温提纯生产线建设项目签约仪式举行。县委书记杨俊出席仪式并致辞。县委副书记、县长岑永杰,县政协主席朱文华,县委副书记陈强,福鞍控股有限公司董事长吕世平,福鞍控股有限公司总经理、中科(辽宁)实业有限公司总经理张轶妍出席仪式。
北极星风力发电网讯,近日,中科电气发布《关于控股子公司获得国际客户定点的公告》。根据公告显示,湖南中科电气股份有限公司控股子公司湖南中科星城石墨有限公司于近日与海外某国际知名车企旗下电池子公司签订《NominationAgreement》(《定点协议》,限于保密要求,无法披露国客户名称及协议具体条
2023年8月9日,盟固利今日创业板上市,发行价格5.32元/股。盟固利为国内主要的锂电池正极材料供应商之一,并在钴酸锂正极材料领域形成较为明显的领先优势。2022年钴酸锂出货量位列行业第四,国内市占率8%。
北极星储能网获悉,7月27日,厦钨新能发布2022年半年报。报告显示,2022年上半年,公司实现营收143.02亿元,同比增长117.75%;实现扣非归母净利润4.57亿元,同比增长97.2%。其中,二季度实现营收83.93亿元,同比增长129.19%;实现扣非归母净利润3.1亿元,同比增长148.0%。厦钨新能表示,业绩大增主要原
北极星储能网获悉,科恒股份7月11日发布公告,该公司及其全资子公司深圳市浩能科技有限公司于7月11日与珠海市金湾区人民政府签署《投资协议书》,拟在珠海市金湾区辖区内投资建设新能源材料项目与智能装备项目。资料显示,项目规划总用地约15.1万平方米,总投资金额为不低于18.08亿元。其中,新能源材
北极星储能网获悉,4月25日储能材料钴酸锂、四氧化三钴价格均有所下跌,跌幅均为10000元/吨。
北极星储能网获悉,3月24日储能材料钴酸锂价格达到60万元/吨,较上月涨幅6.2万元/吨。
研究团队将纤维锂离子电池编织成大面积纺织品,将其集成到日常服装中,破坏性实验证明,经各种方式折叠或被汽车碾压后,该电池未发生燃烧或爆炸,即使经机器清洗或被刀片刺穿后,仍可继续为平板电脑充电,呈现出良好的安全性能。
日前,格林美(江苏)钴业股份有限公司新上的钴酸锂正极材料项目正式投产,该项目投资3.268亿元,全部建成后,预计年产量可达5000吨,新增销售10亿元。
1月5日,贵州振华新材料股份有限公司(以下简称“振华新材”)申请科创板上市已获受理,中信建投证券为其保荐机构。拟募资12.00亿元。招股书显示,振华新材已实现涵盖中镍、中高镍及高镍全系列一次颗粒大单晶镍钴锰酸锂三元正极材料的产业化生产及销售,也是钴酸锂、复合三元等多品种锂离子电池正极材料
高工产研锂电研究所(GGII)初步调研数据显示,2020年中国正极材料出货量51万吨,同比增长27%。在经历了上半年的市场低迷,出货量仍能达到20%以上的增长,与下半年新能源汽车市场快速回暖分不开。(来源:微信公众号新产业智库;ID:weixin-gg-ii)从增长驱动力来看,带动全年正极材料出货量增长的主要
12月23日,中伟股份在深圳证券交易所创业板上市,正式登陆资本市场。此次IPO,中伟股份拟募集资金总额约为14.01亿元,扣除发行费后资金主要用于高性能动力锂离子电池三元正极材料前驱体西部基地项目和补充运营资金项目。据电池中国网了解,中伟新材料股份有限公司(简称“中伟股份”)成立于2014年,主要
电源是航天器在广袤太空中持续运行的重要支撑。在嫦娥五号任务中,中国航天科技集团八院811所承担了着陆器、上升器、轨道器、返回器4个平台中轨道器、着陆器及上升器电源产品的研制任务。电源系统由电源控制器、锂离子蓄电池组及太阳电池阵组成,为了确保以最好的性能保障此次任务,中国航天科技集团八
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!