Li-SOCl2电池性能研究现状

Li/SOCl2电池性能研究现状

2011年06月30日作者：杨中发王庆杰张云朋单香丽来源：《化学与物理电源系统》总第22期编辑：孙伟

摘要：Li/SOCl2电池是目前已实现的化学电源中比能量最高的电化学体系，具有工作电压高、贮存寿命长、工作温度范围宽、成本低等优点。该电池体系存在的电压滞后和安全性问题影响了它的广泛应用。本文对近几十年来Li/SOCl2电池的电压滞后和安全性能方面的研究状况进行了综述。

1前言

目前，在实际应用的化学电源体系中，锂/亚硫酰氯（Li/SOCl2）电池是比能量最高的化学电源体系，其理论值为1400Wh/Kg,实际电池可达660Wh/Kg。此外，这一体系还具有一系列显著优点。如工作电压高（>3V）；输出电压平稳；工作温度范围宽（-40—70℃）；湿荷电贮存寿命长（5～10年）；高速率放电性能好；成本低；使用维护方便等。这些特点使Li/SOCl2电池成为航空、航天、军工、电子等行业的理想电源。Li/SOCl2电池存在两个突出的问题——电压滞后和安全性能不好的问题，从而限制了这一电源体系在军事和民用领域更广泛的应用。本文对近几十年来有关Li/SOCl2电池电滞后和安全性能方面研究状况进行了综述。

2 电池原理与结构

Li/SOCl2电池采用(－) Li┃LiAlCl4 / SOCl2┃C（＋）电化学体系。负极活性物质是金属锂（Li），正极活性物质是亚硫酰氯（SOCl2），碳（C）电极既作为SOCl2的还原载体同时也是固体放电产物的容器，电解液由四氯铝酸锂（LiAlCl4）的SOCl2溶液组成。

Li/SOCl2电池属无机电解质、液体正极的锂原电池，电池的反应方程式如下：

负极：Li →Li＋＋e

正极：2SOCl2 ＋4e →SO2↑＋S↓＋4Cl－

总反应：4Li ＋2SOCl2 →SO2↑＋S↓＋4LiCl↓

与任何化学电源一样，Li/SOCl2电池也主要由（正、负）电极、隔膜、电解液、电池壳等四部分组成。其中负极由金属锂与镍或不锈钢质导电网栅组成，正极由碳膜与镍或不锈钢质导电网栅组成，隔膜为玻璃纤维膜或聚四氟乙烯微孔膜。电池壳则由壳体与带有“M—g”烧结件的接线柱和安全阀的电池盖组件组成。

3电池性能研究状况

3.1 电压滞后

电池放电初期，电压低于额定值，随着放电时间的延长，电压渐渐回升，这种现象称为“电压滞后”现象。由于金属锂电极上形成了一层保护膜即SEI（固体电解质中间相）膜，导致Li/SOCl2电池存在比较严重的电压滞后问题。SEI钝化膜的存在不仅妨碍金属锂正常电极反应，还阻碍了电解液的渗透、扩散以至于影响和减缓了整个电极反应的传质过程。因此，在放电初期，尤其是低温或高速率放电的起始阶段，SEI膜的存在使得锂电池在开始放电时存在着明显的电压滞后现象。Li/SOCl2电池长时间高温储存后进行放电都可以观察到电压滞后现象，特别是在大电流低温放电时，这种现象更为突出。为了解决Li/SOCl2电池的电压滞后的问题，不少学者进行了大量研究。

刘效疆探讨了Li/SOCl2电池电压滞后形成机理，以及金属Li在LiAlCl4 / SOCl2电解液中表面膜层的生长机理并提出了几种解决Li/SOCl2电池电压滞后问题的方法。通过对电解液中锂表面研究，得出锂电极表面形成的致密的氯化锂结晶膜是导致Li/SOCl2电池电压滞后的主要原因。提出通过减小电解液浓度，加二氧化硫添加剂，对锂箔进行预处理等方法可以减小电压滞后问题。

马永敬分析了Li/SOCl2电池产生电压滞后的原因，并且提出一些解决电压滞后问题的办法。Li/SOCl2电池电压滞后时间与由LiCl构成的带有微量硫等成分的膜的厚度有关，膜越厚，电压滞后的时间就越长。在一般情况下，膜的厚度不足以阻止电化学氧化，但作为电解质盐所必需的铝，它会电镀到锂阳极上，即在这种合金上发生溶剂的还原而引起膜的增长和电压滞后。膜的形成和过度增长与金属锂和电解质反应物，电解质盐中的铝和Li负极生成的合金，铁等金属离子的存在有关。提出通过在电解质溶液中加入能减少锂与电解质之间反应的添加剂；用其它适宜的电解质盐来取代含铝电解质盐；避免铁离子的存在和产生来解决电压滞后问题。

肖顺华研究了LiAlCl4浓度、SO2浓度及SO2回流时间3个因素对锂亚硫酰氯电池电压滞后的影响。通过对电解液中LiAlCl4含量的对比实验得出，LiAlCl4含量高时电池放电容量高，电压滞后也较明显。浓度为1.2mol.L-1时电池电压滞后较小，并且放电容量也较高；加入添加剂SO2对电池的电压滞后有很大的改善，加入SO2质量分数在6%左右效果最佳，对比SO2加入电解液中的回流时间，得出控制回流时间在3－5小时即可，增大回流时间对放电影响不明显。

王圣平等将微波技术应用于Li/ SOCl2电池的正极成型工艺中。通过控制微波功率、加工时间及调整PTFE 乳液的用量，制成含有合适孔率、孔径的碳正极,并组装成实验电池。电池测试结果表明利用微波技术加工Li/ SOCl2 电池碳正极的成型工艺, 可改善电池的大电流、低温和电压滞后等性能。

A.N.Dey揭示了Li/SOCl2 电池锂负极钝化膜厚度与电压滞后的关系。采用SEM分别在25℃，45℃，55℃，77℃，85℃环境温度下观测Li/SOCl2 电池锂负极钝化膜生长和形貌。结果表明锂电极表面覆盖的LiCl晶体膜，导致了Li/SOCl2 电池电压滞后。这层晶体膜是由金属Li与LiAlCl4－SOCl2之间化学反应形成的，膜的厚度与储存时间与温度有关。

A.J.Hills指出负极和电解液的纯度是控制电压滞后的一个重要影响因素。电解液中杂质离子的存在会加快负极表面膜的生长速率和厚度，从而增加了电压滞后时间。

C.Schaikjer等对丁子香硼酸锂化合物作为Li/SOCl2电池电解液添加剂进行研究。结果表明LiAlCl4-SOCl2电解液中加入添加剂丁子香硼酸锂化合物，有助于减弱金属锂负极的钝化，从而有助于减小高温下储存电池起动时产生的电压滞后现象。实验中使用这类盐做电解液添加剂的Li/ SOCl2电池,在冷却到－60℃时,没有发现电压滞后或其他异常现象,但Li/ SOCl2 电池的高倍率放电性能受到限制。

T.Ohsak在电解液中含有与不含有PVC添加剂的LiAlCl4-SOCl2中，观察到锂电极表面双层膜的存在：一层为紧贴着锂的致密、坚实的膜，另一层为与电解质溶液松弛连接的晶体。该两层膜的厚度与有无添加剂有关，即含有PVC的样品长出最薄的膜，而无PVC的样品长出很厚的膜。研究结果表明PVC，VC-VOC添加剂有利于减少电池电压滞后时间，PVC不会加速锂负极的腐蚀和容量的损失。

K.M.Abrahan 研究了聚合物保护锂负极对减轻电压滞后的作用。分别用MEP、PEO、PEGDA包覆锂负极制备实验电池，在70℃贮存两星期后的放电结果表明聚合物包覆锂负极能大大减少电压滞后时间。

Kwang-il Chung 等通过在Li/ SOCl2 电池上并联一个电化学电容器来清除电压滞后现象。实验用几种电化学测试技术研究了这种混合电池，结果表明在高倍率放电情况下，电化学电容器作为一个大电流缓冲器，可消除电压滞后现象。

大量研究结果表明引起电压滞后的原因是Li/SOCl2电池的锂负极上形成了一层保护膜即SEI（固体电解质中间相）膜所致。但我们也应该看到，正是因为金属锂表面形成了一层厚而致密的SEI钝化膜，才保护了锂电极的表面，避免了金属锂的进一步氧化、腐蚀，从而使锂电池具有极其优异的储存性能。由此可见，Li/SOCl2电池的电压滞后与其优良的贮存性

能是一个问题的对立、矛盾又互相依靠、统一的两个方面。不过，Li/SOCl2电池的电压滞后现象可以通过改变电解质盐浓度、在电解液中使用某些添加剂、改进电解质溶液组成、负极保护等优化措施加以改善。经过电化学家们的不断探索和努力，对于解决一般情况下的电压滞后现象已经取得了明显的进展。

3.2安全性能

Li/SOCl2电池在大电流放电过程中特别是过放电反极条件下可能出现胀裂、热失控、甚至发生剧烈爆炸，造成环境污染和人员伤亡。安全问题使得这一电源体系的广泛应用受到限制。为了弄清和解决这一问题，国内外许多电源和电化学工作者作了大量艰苦细致工作，力图找到造成Li/SOCl2电池不安全行为的内部原因和引发条件。

目前对Li/SOCl2电池安全性的研究主要集中在两方面：一是从宏观上观察和测量电池放电过程的温度、压力等物理参数的变化规律，提出合理的数学模型，预测电池在一定工作条件下的温度分布和压力变化情况，以此为依据对电池的制造工艺加以改进来保证电池在一定条件下的安全性能；二是从电池体系的化学反应过程入手，深入研究电池放电过程的化学变化，检测电化学反应的中间产物和最终产物，以期了解电池反应过程细节，找出导致电池发生不安全行为的危险物质及其反应机理。

卢国琦等分析了Li/SOCl2电池在使用、试验过程中发生泄漏、爆炸的原因，一方面是电池过热引起热失控及电池内压升高；另一方面是Cl2O等爆炸性中间产物生成导致电池不安全行为发生。论述了Li/SOCl2电池放电反应产物、化学反应产物和杂质带来的危害，并指出在不同条件下防止Li/SOCl2电池发生泄漏、爆炸等不安全行为的方法。首先严格控制电池的工艺，保持电池密封防止水分与氮的渗入；其次在电池中加入添加剂；采用锂负极限容设计电池；安装安全阀以泄气降压；采用反向分流装置防止过放电等。

于广锋等针对锂亚硫酰氯电池的安全问题，对Li/SOCl2电池的发热机理进行分析,介绍了电池热物理参数测量的方法,电池的被动热控、热开关、对流式主动热控、相变热控方式研究状况。通过测量电池热物理参数可以发现，电池结构设计与材料选择对热物理参数影响很大，而热物理参数直接关系到电池热特性，影响到电池热控制方式的选择和效果。进行电池结构优化，开发新材料，进行能量综合利用，可以大大提高电池安全性；同时进行数值模拟对电池组设计有重要意义。为了解决Li/SOCl2电池安全问题，需要建立合理的电池－电－化学耦合的数学模型，深入了解电池的发热机理，测量电池热物理参数并改进电池热特性，优化电池结构设计，研制新材料，合理选择热控制措施等。

宇野恭二以高倍率放电的卷式GL3360H(D型) Li/SOCl2电池安全性为目的，对各种恶劣条件下进行试验。结果表明实际使用电池，因装备了防止过高温升、过电流的保护元件，以及防止过放电、反极的二极管，即使在大电流放电、过放电及充电等恶劣的电气条件下，电池不会发生导常情况；在以压坏电池及针刺等恶劣的物理条件和高温条件下，利用保护元件不能防止异常情况发生。为了安全使用Li/SOCl2电池必须避免电池投入火中、接近热源等高温状态和强烈的冲击或施加外力引起变形、破损等恶劣状况。

徐茂德对大容量锂亚硫酰氯电池制造工艺、电化学性能、结构设计和有关的安全问题进行了研究。针对工程应用的实际情况，用实验电池分别进行充电、强迫过放电、短路、急速升温（过热）、冲击等安全性实验。结果表明，除了在某些极端条件下可能出现安全问题外，正常条件下以低速率放电的大容量Li/SOCl2电池是安全的。

吴一平等对自制的Li/SOCl2电池和BCX电池（添加BrCl的Li/SOCl2电池）进行了过放电、短路等安全性能的研究。以4.5 mA/cm2过放电，Li/SOC12电池会发生爆炸，而BCX电池以9.0 mA/cm2过放电，没有出现变形、泄漏和爆炸等安全问题；在短路实验中，半容Li/SOC12电池有30%发生泄漏，而半容量BCX电池短路后，仅发生壳体变形，没有泄漏。全容量Li/SOC12电池有50%发生爆炸，而全容量BCX电池仅发生壳体变形、泄漏，没有爆炸；以6.5 mA/cm2

充电，全容量Li/SOC12电池在充电约90 min后爆炸；同样以6.5 mA/cm2充电，全容量、半容量及零容量BCX电池都没有发生爆炸和泄漏；跌落实验中所有BCX电池都未出现安全问题。实验结果表明在Li/SOCl2电池中添加BrCl能提高电池的安全性能。

D.Vallin介绍了Li/SOCl2电池体系内部和外部安全设计，并选用D型和C型圆柱形Li/SOCl2电池，在外部不同受热条件、常温大电流放电及过放电等状况下，对Li/SOCl2电池安全性能进行研究。结果表明通过合理设计，保证电池制造过程中严格的生产工艺和质量控制，并且在正确使用条件下，圆柱形Li/SOCl2电池是安全的。同时作者认为Li/SOCl2电池在放电过程中没有危险中间产物生成。

汪振道根据Li/SOCl2电池能量平衡规律，研究了几种类型的实用电池，找出了温度和压力变化的极大值范围，计算得到了五个重要的热速率参数，对实验结果进行分析比较表明能量平衡方程能为锂电池设计者提供制造更为安全可靠产品的理论依据。作者从Li/SOCl2电池基本物理化学参数出发，根据能量平衡规律，按照工程要求对影响锂电池安全的各种因素进行分析讨论，得出Li/SOCl2电池操作温度不宜超过150℃，更不适合在高温下长时间保存。设计锂电池时，最佳方案应考虑将SO2转化成某种固相产物，从根本上消除气爆隐患。

Qiu Lin等分析了Li/SOCl2电池热产生，热控制主要影响因素，通过对比实验研究了隔膜厚度，电解液浓度、添加剂、集流体，材料结构等对电池热产生及热控制的影响，根据实验结果提出一些提高Li/SOCl2电池安全性的方法并通过实验验证这些方法的可靠性。

Li/ SOCl2 电池发生不安全行为的机理至今还没有肯定的说法。但可以肯定不同的滥用条件下有着不同的反应过程。因此，没有也不可能找到一种能解决所有滥用条件引起不安全行为的对抗措施，只能针对不同情况解决某一方面的问题。总之，由于科学、技术的不断进步和锂电池工作者们的不懈努力，目前Li/SOCl2电池在各种不同使用条件下的安全性能均得到明显的提高。

4结语

一直以来，关于提高Li/ SOCl2 电池安全性能和改善其电压滞后问题的研究较多，并取得了较好的成果，但并没有从根本上解决问题。因此，要使电池得到更广泛的应用，仍需对Li/ SOCl2 电池安全性能和电压滞后等问题进行更深入的研究。同时随着科技的发展、电池工艺水平的不断改进、电解液配方的逐步完善，Li/ SOCl2 电池的安全性和电压滞后问题以及其他各方面电化学性能将会得到进一步改善，Li/ SOCl2 电池在军事和民用领域均将得到更加广泛的应用。

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锂离子电池研究进展

华东理工大学2013—2014学年第1学期 《新能源与新材料》课程论文 2013.11 班级___复材101__ 学号__10103638__ 姓名____温乐斐_____ 开课学院材料学院任课教师张衍成绩__________

锂离子电池研究进展 温乐斐 （华东理工大学） 摘要 二次锂电池的优点是高体积、高质量比容量、长循环寿命、低放电速率，是环保型电源的理想备选之一。本文简单介绍了锂离子电池的正极材料、负极材料及电解质的种类和发展概况，并对当今锂离子电池发展所面临的问题和发展前景进行阐述。最后说明了一下其发展前途和产业化趋势。 关键词：锂电池；正极材料；负极材料；电解质；发展进程 The Research and Development of Rechargeable Lithium-ion Battery Wen Lefei (East China University of Science and Technology) Abstract The rechargeable lithium-ion battery has been extensively used in mobile communication and portable instruments due to many advantages, such as high volumetric and gravimetric energy density, long cycle life, and low self-discharge rate. In addition, it is one of the promising alternatives as the power sources. The development of researches on materials of lithium-ion battery for cathode, abode and electrolyte are introduced in this paper, at the same time lithium-ion existing problems is battery and prospects are also outlined. At last, the strategic position and some future investigating trends are also presented. Key words: Li-ion battery; cathode materials; anode materials; electrode materials; research and development; progress

光伏电池的原理及发展现状

光伏电池的原理及发展现状 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用逐步成府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。光伏发电是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏电池的原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。 光伏电池的原理及发展现状1839 年，法国的Edmond Becquerel 发现了光伏效应，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P- N 结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954 年，美国Bell 实验室的G．Pearson 等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1 所示。 图 1 中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对;在P- N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N，P 区，从而在P- N 结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P- N 结内建电场后的多余部分使P，N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从N 区流入光伏电池。图2 为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的Iph值为16 ～30 mA）;ID，Ish分别为P- N 结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成（RS一般＜1 ）;旁漏电阻Rsh 由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致（Rsh一般为几k）;RL 为外接负载电阻，IL，UO 分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路（RL= ）时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反比、与电池面积无关（在100 mW/cm2的光谱辐照度下，硅光伏电池的Uoc一般为450 ～600 mV。与图2 对应的光伏电池解析模型，

动力电池的主要问题与发展方向

首先看我们国家的发展现状。我们的判断第一个是基本掌握了车用动力电池的关键技术，我们国家动力电池的开发，和整车基本同步，十五期间开展了镍氢电池，、锰酸锂氧化物锂离子电池、燃料电池的研发，"十一五"期间加大了磷酸铁锂电池研发与产业化，"十二五"期间推进三元材料电池的研发与产业化。目前是处于这样一个阶段。 从技术上来讲，我们国家开发了镍氢电池，锂离子燃料电池，关键技术指标达到了国外同类产品的一个先进水平，目前我们锂电池可以做到系统的比能量800-1000瓦时，比功率可以做到500-100瓦时，循环寿命也能做到突破一千次，使用寿命大概是可以达到五年，成本大概是说可以低于每瓦时三块钱。 第二个从产品层面来看，磷酸铁锂电池已经趋于成熟了，过往来看，我们国家供应电池支撑了产业的发展，目前在大规模示范这一块用的电池基本上都是国产。根据目前工信部发布的新能源汽车推广目录，我们国家车用电池，绝大多数是磷酸铁锂电池，也就是说近两年来，三元材料的动力电池开始在电动汽车上进行示范应用。大家比较清楚的比亚迪的汽车用的是盐酸铁力电池，像上汽，北汽这些电池系统都是磷酸铁锂。一汽奔腾目前是示范车，他用的电池是168，采用了三元材料。 第三个来说是我们国家建立了比较完善的产业体系，昨天我们听到了2014年我们国家电动汽车的销量大概是8.4万辆左右，如果按照每辆车在20-30，大概应该说我们电池达到了20亿千瓦时以上，销售收入应该超过了50亿元，2015年会超过100亿瓦时。我们国家现在推进动力电池产能建设，估计2015年会超过一百亿千瓦时。第二个我们国家建立了比较完整的产业体系，关键材料、单体电池、电池系统和电池装备、检测仪器等都有一定的生产能力，像北大先行、天津巴莫、北京当省，这是正极材料，负极材料像贝特瑞，杉杉等在国际上还是有一定的竞争力。 从发展趋势上来看，我们全世界的情况来看，第一个是锂离子电池已经成为动力电池的主要方向。目前大家都很清楚，目前日本，美国、欧洲、韩国商业化的电池主要是采用燃料电池。目前混动这一块也是在推动力锂电池的应用。韩国、日本、中国在全球锂电池占主导地位，排序是韩国第一、日本第二，中国第三。 最近三星、LG和SK先后宣布在中国设立合资公司，我们国家主流的车厂也准备在他的自主品牌汽车中采用韩国生产的电池。 第二个特点是我国政府大力支持新一代动力电池的研发，2012年日本实施蓄电战略，提出2020年蓄电池市场要占到世界份额的50%，就是重新夺回世界第一的位置。根据2013年NEDO发布的技术路线图，他的技术路线在2020之前大概还是以先进的锂离子电池为主，达到实用化，系统的比能量达到250瓦每公斤成本达到1.5元以下，2030年叫做革新电池，能量达到500瓦每公斤，成本达到八毛钱以下。 美国在2013年提出来EV蓝图，提出目标是2022年生产的插电式混合动力的电动汽车使用的电力成本与传统汽车相当，根据2013年发布的技术路线图是2022年下一代电池实现实用化，系统的比能量达到250瓦每公斤，成本降到八毛以下，2013年以后锂离子电池实现实用化。 从新一代锂离子电池来讲主要是在我们国家大概一般的叫做新一代动力电池的研发主要围绕新一代锂离子动力电池和新体系电池。新一代锂离子电池和目前现有的体系不一样，正极材料，负极材料，电极都要发生发生变化，电池比能量可以达到三百瓦每公斤，成本可以达到一块钱以下。这个表里面列了两件事，一个是最近日立公司宣布采用镍系的正极和负极单电池的比能量作330每公斤，寿命有50次，另外是福利蒙基，作为正极，归制作为负极，寿命可以达到100。但是目前这一电池体系的成本和安全有待进一步的验证。

(完整版)全固态锂电池技术的研究进展与展望

全固态锂电池技术的研究进展与展望 周俊飞 （衢州学院化学与材料工程学院浙江衢州324000） 摘要：现有电化学储能锂离子电池系统采用液体电解质，易泄露、易腐蚀、服役寿命短，具有安全隐患。薄膜型 全固态锂电池、大容量聚合物全固态锂电池和大容量无机全固态锂电池是一类以非可燃性固体电解质取代传统锂离 子电池中液态电解质，锂离子通过在正负极间嵌入-脱出并与电子发生电荷交换后实现电能与化学能转换的新型高 安全性锂二次电池。作者综述了各种全固态锂电池的研究和开发现状，包括固态锂电池的构造、工作原理和性能特 征，锂离子固体电解质材料与电极/电解质界面调控，固态整电池技术等方面，提出并详细分析了该技术面临的主要 科学与技术问题，最后指出了全固态锂电池技术未来的发展趋势。 关键词：储能；全固态锂离子电池；固体电解质；界面调控 1 全固态锂电池概述 全固态锂二次电池，简称为全固态锂电池，即电池各单元，包括正负极、电解质全部采用固态材料的锂二次电池，是从20 世纪50 年代开始发展起来的[10-12]。全固态锂电池在构造上比传统锂离子电池要简单，固体电解质除了传导锂离子，也充当了隔膜的角色，如图 2 所示，所以，在全固态锂电池中，电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等都不需要使用，大大简化了电池的构建步骤。全固态锂电池的工作原理与液态电解质锂离子电池的原理是相通的，充电时正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过固体电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移，两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极材料中。放电过程与充电过程恰好相反，此时电子通过外电路驱动电子器件。目前，对于全固态锂二次电池的研究，按电解区分主要包括两大类[13]：一类是以有机聚合物电解质组成的锂离子电池，也称为聚合物全固态锂电池；另一类是以无机固体电解质组成的锂离子电池，又称为无机全固态锂电池，其比较见表1。通过表1 的比较可以清楚地看到，聚合物全固态锂电池的优点是安全性高、能够制备成各种形状、通过卷对卷的方式制备相对容易，但是，该类电池作为大容量化学电源进入储能领域仍有一段距离，主要存在的问题包括电解质和电极的界面不稳定、高分子固体电解质容易结晶、适用温度范围窄以及力学性能有提升空间；以上问题将导致大容量电池在使用过程中因为局部温度升高、界面处化学反应面使聚合物电解质开貌发生变化，进而增大界面电阻甚至导致断路。同时，具有隔膜作用的电解质层的力学性能的下降将引起电池内部发生短路，从面使电池失效[14-15]。无机固体电解质材料具有机械强度高，不含易燃、易挥发成分，不存在漏夜，抗温度性能好等特点；同时，无机材料处理容易实现大规模制备以满足大尺寸电池的需要，还可以制备成薄膜，易于将锂电池小型化，而且由无机材料组装的薄膜无机固体电解质锂电池具有超长的储存寿命和循环性能，是各类微型电子产品电源的最佳选择[10]。采用有机电解液的传统锂离子电池，因过度充电、内部短路等异常时电解液发热，有自燃甚至爆炸的危险（图3）。从图 3 可以清楚地看到，当电池因为受热或短路情况下导致温度升高后，传统的锰酸锂或钴酸锂液体电解质锂离子电池存在膨胀起火的危险，而基于纯无机材料的全固态锂电池未发生此类事故。这体现了无机全固态锂电池在安全性方面的独特优势。以固体电解质替代有机液体电解液的全固态锂电池，在解决传统锂离子电池能量密度偏低和使用寿命偏短这两个关键问题的同时，有望彻底解决电池的安全性问题，符合未来大容量新型化学储能技术发展的方向。正是被全固态锂电池作为电源所表现出来的优点所吸引，近年来国际上对全固态锂电池的开发和研究逐渐开始活跃[10-12] 2 全固态锂电池储能应用研究进展 在社会发展需求和潜在市场需求的推动下，基于新概念、新材料和新技术的化学储能新体系不断涌现，化学储能技术正向安全可靠、长寿命、大规模、低成本、无污染的方向发展。目前已开发的化学储能装置，包括各种二次电池（如镍氢电池、锂离子电池等）、超级电容器、可再生燃料电池（RFC：电解水制氢-储氢-燃料电池发电）、钠硫电池、液流储能电池等。综合各种因素，考虑用于大规模化学储能的主要是锂二次电池、钠硫电池及液流电池，而其中大容量储能用锂二次电池更具推广前景。。 全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池或锂金属电池等后锂离子充电电池的先导性研究在世界各地积极地进行着，计划在2020 年前后开始商业推广。在众多后锂离子充电电池中，包括日本丰田汽车、韩国三星电子和德国KOLIBRI 电池公司对全固态锂电池都表现出特别的兴趣。图 4 为未来二十年大容量锂电池的发展路径，从图 4 可以看出，全固态电

新能源车辆的动力电池组均衡管理系统的发展现状概述

安全管理编号：LX-FS-A95831 新能源车辆的动力电池组均衡管理系统的发展现状概述 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑

新能源车辆的动力电池组均衡管理系统的发展现状概述 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 新能源车辆的开发和研究已经是时代的主流，其中电动汽车受到了市场越来越多的关注，在电动汽车中，电池系统是重要组成部分，特别是锂电池在交通领域的应用，对于减少温室气体的排放、降低大气污染以及新能源的应用有着重要的意义。目前，电动汽车存在安全性低、寿命段、充电时间长和使用成本高的问题，而电池管理系统作为电池保护和管理的核心部件，作为电池和车辆管理系统以及驾驶者沟通的桥梁，电池管理系统对于电动汽车性能起着越来越关键的作用。本文介绍了电池组均衡管理的技术发展历

太阳能电池的研究现状及发展

太阳能电池的研究现状及发展 【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。 【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能 1.引言 太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。 太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的[1-3] 2.太阳能电池 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 2.1 太阳能电池发展 目前，太阳能电池产品是以半导体为主要材料的光吸收材料，在器件结构上则使用P型与N型半导体所形成的PN结产生的内电场，从而分离带负电荷的电子与带正电荷的空穴而产生电压。由于晶体硅材料与器件在技术的成熟度方面领先于其他半导体材料，最早期的太阳能电池极为晶体硅制成，直到近几年晶体硅太阳能电池仍有大约90%的市场占有率。除了技术与投资门槛较低以外，不用担心硅原料匮乏等都是造成其市场占有率高的主因。 在晶体硅太阳能电池之后，大约从1980年起开始有非晶硅薄膜太阳能电池

锂电池负极材料的研究进展

锂离子电池负极材料研究进展介绍 来源：中国燃料电池网时间：2015-09-08 09:11 编辑：周奕 我国能源生产量和消费量均已居世界前列，但在能源供给和利用形式上存在着一系列突出问题，如能源结构不合理、能源利用效率不高、可再生能源开发利用比例低、能源利用安全水平有待进一步提高。总体上讲，我国能源工业大而不强，与发达国家相比，在技术创新能力方面还存在较大差距。因此，提高能源利用效率，调整能源结构，开发和利用可再生能源将是我国能源发展的必然选择。为了解决我国能源工业所面临的难题，寻求替代传统化石燃料的可再生绿色能源显得尤为迫切。与此同时，随着人们环保意识的日益增强和对资源利用率的关注，可充电电池逐渐成为研究的焦点，而锂原电池的成功应用大大推动了锂离子电池的研究和发展，使锂离子电池成为关注的重点。 １锂离子电池发展状况 锂电池最早出现于１９５８年，２０世纪７０年代开始进入实用化［２］。由于具有重量轻、体积小、安全性好、工作电压高、能量密度高、使用寿命长等优点成为近年来最受关注的储能器件之一。随着世界全面步入信息时代，电子化和信息化己经成为各个领域的共同发展趋势，锂离子电池也被越来越多地应用于多个方面。医疗上，锂离子电池可以为心脏起搏器、助听器等设备供能，对于病人更安全、更便捷；交通上，锂离子电池己经被广泛应用于电动单车、电动汽车上；军事上，锂离子电池可为电磁武器充能，为小型定位系统供能，甚至作为潜艇等大型作战设备的备用动力源；航天上，锂离子电池可作为航天器及各种仪器设备的电力补充单元。 电池按工作性质可以分为一次电池和二次电池［３］。一次电池是指不可循环使用的电池，如碱锰电池、锌锰电池等。二次电池指可以多次充放电、循环使用的电池，如先

2017年中国锂电池行业发展现状及未来发展前景预测

2017年中国锂离子电池行业发展现状分析及未来发展前景预测 核心提示：全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲，在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下，2016年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争 全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲，在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下，2016年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争策略上关注技术领先。韩国更偏重于消费型锂离子电池的发展。中国锂离子电池市场规模在全球市场的份额呈现逐年上升的态势。 2010-2020年中国及全球锂电产值 数据来源：公开资料整理 国内锂离子电池市场的发展处于行业的高速增长期。2010年至2016年我国锂离子电池下游应用占比呈现消费型电池占比逐年下降、动力类占比逐年提升的格局。2016年受消费电子产品增速趋缓以及电动汽车迅猛发展影响，我国锂离子电池行业发展呈现出“一快一慢”新常态。2016年，我国电动汽车产量达到51.7万辆，带动我国动力电池产量达到33.0GWh，同比增长65.83%。随着储能电站建设步伐加快，锂离子电池在移动通信基站储能电池领域逐步推广，2016年储能型锂离子电池的应用占比达到4.94%。 2010-2016年我国锂离子电池下游应用占比 数据来源：公开资料整理 业务发展方向契合政策，发展前景良好。我国锂离子电池材料及设备行业平均利润水平总体上呈现平稳波动态势，在不同应用领域及细分市场行业利润水平存在差异。一般而言，在低端负极产品和涂布机领域，门槛低，竞争充分，利润水平相对较低。而中高端负极材料、涂布机以及新兴的涂覆隔膜、铝塑包装膜，产品技术含量高，在研发、工艺改善、客户积累、资金投入等方面进入壁垒较高，附加价值较高，优质企业能够在该领域获得较好的利润率水平。 全球负极材料产业集中度极高，江西紫宸全球份额持续提升。目前锂离子电池负极材料生产企业主要在中国和日本，两国总量占全球负极材料产销量90%以上。负极材料产品市场呈现出明显的寡头垄断格局。2015年前五强贝特瑞、日立化成、江西紫宸、上海杉杉、三菱化学的全球市场份额分别是20%、18%、13%、10%、7%，全球前五大企业市场份额合计占比为68%。江西紫宸2016年全球份额提升至10.5%，国内份额提升至14.8%，预计2017年

新能源汽车动力电池研究进展与展望

当代化工研究Modern Chemical R esearch 5 2019?10行业动态 新矣旨源汽车动力电池研究进展与展望 *姚乐靖 （艾青中学浙江321000） 摘耍：伴随着社会的进步，为保护环境、减少污染、开发清洁能源，发展来源丰富、环保节能的新能源汽车引起了各国的重视与研究.而开发环境友好、性能优越的动力电池是有效发展新能源汽车、提升其应用价值与前景的核心问题.本文通过对新能源汽车进行简单介绍，简要分析新能源汽车动力电池餉发展过程及各类动力电池的工作原理，并从电池性能、循环使用寿命、材料与成本等方面对各类动力电池特点与发展前景进行简要总结，对不同类型电池优势及目前存在的问题进行评述，对未来新能源汽车动力电池的发展提出前景展望与建议. 关键词：新能源汽车；动力电池；锂离子电池；应用 中图分类号：T文献标识码：A Research Progress and Prospect of Power Batteries of New Energy Vehicle Yao Lejing (Aiqing High School,Zhejiang,321000) Abstracts Along with the progress of society,in order to protect the environment,reduce pollution,develop clean energy,develop new energy vehicles with abundant sources,environmental protection and energy saving has attracted the attention and research of various countries. The development of p ower batteries with environmental production and superior performance is the core issue to effectively develop new energy vehicles and enhance their application value and prospects.This paper briefly introduces new energy vehicles,briefly analyses the development process of p ower batteries of n ew energy vehicle and the working principle of v arious power batteries,and briefly summarizes the characteristics and development p rospects of v arious power batteries f rom the aspects of b attery performance,cycle life,material and cost.This paper reviews the advantages and existing p roblems of d ifferent types of b atteries,and p uts f orward p rospects and suggestions f or the f uture development of n ew energy automotive p ower batteries. Key words i new energy vehicle^po^ver battery^lithium ion battery；application 1.前言 近年来由于环境污染和能源短缺问题的加剧，发展和利用不同类型的新型清洁能源，以替代不可再生的化石燃料及缓解环境污染问题引起了人们的广泛关注和研究。在各国政策的鼓励下，新能源汽车凭借其高能源利用率、低排放等优势迅速发展起来。按照中华人民共和国国家发展与改革委员会公告定义，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车切。而动力电池作为新能源汽车的重要组成部分，对新能源汽车的发展和应用起着至关重要的作用。如何开发和研究具有更高性能、更低成本的动力电池是推动新能源汽车实现更广泛市场化的重点问题之一。从材料易得的铅酸蓄电池，到容量较高的银氢电池，再到高性能的锂离子电池和燃料电池，动力电池的制备技术与性能提升方法不断地被研究升级，但是由于材料和技术等方面的不足，新能源汽车动力电池在性能的发挥和实用上还无法完全取代化石燃料。本文通过对不同类型的新能源汽车动力电池的介绍，从电池类型与结构、电池性能、循环使用寿命、材料与成本等角度分析其特点与优劣势，为设计与发展更高性能的动力电池提供建议。 2.新能源汽车的发展现状 新能源汽车主要分成纯电动汽车、混合动力汽车两大类。近几年我国在新能源汽车发展的方面已经有了很大的进步，诸多技术等已经有了巨大的突破，但在新能源汽车不断发展的过程中，一些问题不断的暴露出来，具体有以下几点：（1）新能源汽车产业发展战略不明确。（2）新能源汽车核心技术水平仍然不高。（3）政策依赖明显，用车环境有待提升孔 纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆⑷。蓄电池是其唯一动力来源。纯电动汽车由于完全摆脱了对化石能源的依赖，对环境的污染较小，而且噪音小、结构简单、维修方便。但是纯电动汽车在高能量、低成本、长寿命以及安全性等方面具有较高的要求且存在需要改进提高的地方。混合动力汽车是指使用一种或多种动力源的车辆闻。混合动力汽车一般都是由内燃机和电动机组成，电力与化石燃料的结合即对环境有了一定的保护，又不影响汽车的使用，使其相对于纯电动汽车来说经济性和适应性更加强。我国现在更加注重混合动力汽车的发展，在不久的将来混合动力汽车会成为主流。 3.新能源汽车动力电池研究现状 根据汽车所用动力来源的不同，新能源汽车动力电池主要可以分为两大类，即蓄电池和燃料电池。应用在电动汽车上的储能技术主要是电化学储能技术，即铅酸、银氢、锂离子电池等储能技术。燃料电池主要利用氢能源的热值高、无副产物、环保等优势。近几年这些不同类型动力电池技术随着研究力度的增大都有了较大的提高，我们主要从电池原理技术、能量密度等电池性能、循环稳定性、成本和市场化等角度进行分析。 ⑴蓄电池 ① 铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是目前新能源汽车中使用较为广泛的动力电