储能科学与技术

锂离子电池电解液产业化进展

王峰, 甘朝伦, 袁翔云

2016 (1): 1-8. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.001

摘要 ( 814 )

PDF(6697KB) ( 1240 )

电解质是锂离子电池的关键材料,作为锂离子传输的媒介,其选择直接影响锂离子电池的能量密度、循环性能、倍率性能、储存性能及安全性等特性。我国电解液产业经过十多年的快速发展,已经具备了一定的国际竞争力。本文以锂离子电池电解液产业国产化进程为切入点,梳理了该产业的发展脉络,对国内电解液企业的市场份额和竞争格局进行了重点剖析;以电解液常用添加剂的专利持有情况为例,评述了国内外主要企业在电解液专利申请方面的差别;介绍了3C电池电解液、动力电池电解液、储能电池电解液以及功能性电解液等四大类产品的性能特点,着重阐述了前两类产品的设计开发思路;对我国锂离子电池电解液行业标准亦作了简述;展望了电解液材料的技术发展方向和产业前景。

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高电位LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料制备、电化学性能与结构相变

李景坤, 杨轲, 文闻, 陆美凤, 马紫峰

2016 (1): 9-9. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.002

摘要 ( 713 )

PDF(7911KB) ( 647 )

尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄因其可在4.7 V高电位下工作并有良好的循环特性,已成为最具潜力的高能量密度锂离子电池正极材料。本文首先采用喷雾干燥辅助烧结法制备了LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料,考察了热处理条件对材料结构与性能的影响。用XRD、SEM和FT-IR等技术对所制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的结构和表面形貌进行表征,利用原位XRD技术研究了LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料在充放电过程中结构相变规律。结果表明,所制备的LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料均具有Fd-3m空间群的立方相尖晶石型结构,并具有优异的电化学性能,其0.1 C时首次放电容量为132 mA·h/g,首轮库仑效率93.48%,高倍率下该材料的电化学性能优越。原位XRD测量结果分析表明,尖晶石型LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料在充电过程中存在4个显著的相变过程,在嵌脱锂过程中,从四面体相向立方相结构相变过程是可逆的。

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锂电池百篇论文点评（2015.10.1—2015.11.30）

陈彬, 王昊, 闫勇, 林明翔, 胡飞, 詹元杰, 陈宇阳, 赵俊年, 武怿达, 俞海龙, 刘燕燕, 贲留斌, 黄学杰

2016 (1): 18-30. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.003

摘要 ( 834 )

PDF(15176KB) ( 1180 )

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2015年10月1日至2015年11月30日上线的锂电池研究论文,共有2318篇,选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了富锂相材料、三元材料和尖晶石材料的掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。高容量的硅、锡基复合负极材料研究侧重于SEI界面层、复合材料、黏结剂及反应机理研究,电解液添加剂、固态电解质、锂空电池、锂硫电池的论文也有多篇。理论模拟工作包括电极材料体相、界面结构以及电解质的输运性质。除了以材料为主的研究之外,针对电池的状态估计、失效分析、热安全分析的研究论文也有多篇。

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超级电容器百篇论文点评（2015.8.1—2015.10.31）

阮殿波, 郑超陈雪丹, 李林艳, 周洲, 左飞龙, 黄益, 崔超婕, 顾应展, 曾福娣, 袁峻, 乔志军, 傅冠生

2016 (1): 31-43. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.004

摘要 ( 764 )

PDF(15016KB) ( 514 )

该文是一篇近三个月的超级电容器文献评述,我们以“supercapacitor”为关键词检索了Web of Science从2015年8月1日至2015年10月31日上线的超级电容器研究论文,共有463篇,选取了其中100篇加以评论。双电层超级电容器主要研究了新型多孔碳材料、碳纳米管材料、石墨烯材料可控制备对其性能的影响。赝电容超级电容器的研究主要集中在过渡金属氧化物复合材料、导电聚合物复合材料和杂质原子掺杂碳材料等三个方面。非对称超级电容器包括水系非对称超级电容器和有机系非对称超级电容器两个方面的研究。除了上述以材料为主的研究之外,电解液是另一个研究重点,有多篇研究论文报道。

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铁基氟化物锂电正极材料研究现状

张艳丽, 王莉, 何向明, 李建军, 高剑, 赵鹏, 张玉峰

2016 (1): 44-57. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.005

摘要 ( 815 )

PDF(16468KB) ( 610 )

随着新能源技术的不断发展,对锂离子电池的能量密度要求越来越高。氟化铁（FeF₃）和氟化亚铁（FeF₂）因具有较小的分子量、多电子转化反应及高电压等优点正成为极具发展潜力的高比能锂电正极材料,但是导电性差、转化反应使得材料需要较大过电势,这制约了其实际应用。本文首先介绍了FeF₃和FeF₂的基本性质及储锂机制,随后具体论述了两者的电化学性能改进措施,主要包括对FeF₃和FeF₂进行晶体结构扩展和元素替换而出现的很多铁基氟化物新相（氟化铁的水合物Fe_xF_y·mH₂O、氟氧化铁FeOF）,纳米多孔结构的设计,碳纳米复合材料构建的研究,并简要展望了未来的发展方向。

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2015年储能市场盘点——一个蓄势待发的产业

张静

2016 (1): 58-64. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.006

摘要 ( 512 )

PDF(7383KB) ( 929 )

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新型移动式钠离子电池储能系统设计与研究

王红, 廖小珍, 颉莹莹, 王梦雪, 周广盖, 杨轲, 康书文, 赵政威, 马紫峰

2016 (1): 65-68. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.007

摘要 ( 841 )

PDF(9053KB) ( 423 )

报道了一种新型移动式钠离子电池储能系统,其核心储能器件为钠离子电池,采用自制的NaNi_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂为正极材料,负极材料为硬碳。采用XRD、DSC等对正极材料的结构和热稳定性进行分析表征。设计制作了1 A·h软包型钠离子电池,对其电化学性能与安全性进行测试。在此基础上设计了钠离子电池包以及基于钠离子电池的0.1 kW·h新型移动式储能系统。该系统在家用储能、军事电源、低速电动车上有良好的应用前景。

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一种适用于大容量储能技术的锂离子电池管理系统

许守平, 侯朝勇, 杨水丽

2016 (1): 69-77. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.008

摘要 ( 623 )

PDF(7841KB) ( 391 )

应用锂离子电池进行储能已成为大容量储能技术研究的重点,但为保证电池组的可靠性、安全性、一致性及使用寿命,必须设计电池管理系统来对锂离子电池进行有效管理。本文提出了一种适用于大容量储能技术的锂离子电池管理系统,该管理系统采用分层采集和管理的方法,分别对单体电池、电池组和储能子系统进行管理。文章详述了分层管理系统的结构、功能和管理策略,其中着重介绍了单体电池数据采集功能、电池状态估计功能和均衡管理功能,并进行了实验验证,给出了实验结果分析。实验结果证明了该管理系统可以满足实际的大容量储能应用需求,可以实现锂离子电池的高精度状态估计功能和高效均衡控制策略,具有很好的应用前景,为后续产业化发展提供了一种技术和思路。

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利用捕集CO₂制燃料化学品储存可再生能源电力的能效分析与评价

宋鹏翔, 赵波, 杨岑玉, 王乐, 金翼, 杨士慧

2016 (1): 78-84. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.009

摘要 ( 568 )

PDF(5475KB) ( 572 )

本文介绍了国际上利用可再生能源结合捕集CO₂制燃料的最新技术进展。以化学合成的反应热力学为基础,通过分析计算与流程模拟,得到捕集CO₂制燃料化学品储电的能耗与?流,初步评估了甲醇作为储存电能介质的能效,并与氢储能及甲烷储能进行了比较分析。比较结果表明,氢储能流程最短,效率最高,但是没有固碳的作用。对于实现储能与固碳,甲醇的氢原子经济性较好。甲烷产物热值与反应热都较高。甲醇储能效率损失主要由前端电解制氢环节造成。

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软包装锂离子电池铝塑复合膜的热封工艺

范洋, 郭战胜, 徐艺伟, 冯捷敏

2016 (1): 85-90. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.010

摘要 ( 1191 )

PDF(6869KB) ( 892 )

铝塑复合膜是软包装锂离子电池常用的封装材料,其热封强度会直接影响电池的安全性能。本文研究了在不同热封条件（热封温度和热封时间）下,铝塑膜的热封强度,通过单轴拉伸实验,测试了其最大拉伸强度及表观弹性模量,探究了不同热封温度和热封时间对热封强度的影响。结果表明：铝塑膜的热封强度会随热封温度的上升而提高,最终趋于一个稳定的值;而热封时间在相对较低的热封温度下对试样的热封强度影响不大,而在相对较高的热封温度下,试样热封强度会随热封时间的上升而提高,最终也趋于一个定值。同时,热封温度和热封时间对铝塑膜的表观弹性模量也具有类似的影响。实验还发现,铝塑膜的拉伸破坏有界面破坏、内聚破坏、剥离破坏以及断根破坏4种模式,其中内聚破坏模式的出现概率最大,随着热封温度的提高,热封时间的增加,断根破坏模式出现的概率将提高。

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应用于煤矿井下应急电源的电池电子标准模块设计

周友, 吴峂, 牛建娜, 赵璐璐, 范玉建

2016 (1): 91-100. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.011

摘要 ( 834 )

PDF(12824KB) ( 233 )

鉴于目前国内只有48 V锂离子电池组能够通过安全标准认证的现实情况,标准电池储能系统不能被直接用来为几百伏额定电压的电机/泵类电器负荷提供应急电源。本文开发了一种名为电池电子标准单元的模块化设计系统,该系统可以将48 V的电池/变频器模块以即插即用的形式根据负荷的实际需要整合到一起。该系统提供了一种新颖的、集成的电池及电力电子系统控制构架,该构架能够在不使用额外的电池管理系统（BMS）的情况下构建稳定可靠的储能系统。基于上述概念,一种新颖的、被定义为能源计算机的分布式能源系统构架被本文提出并与普通个人计算机进行了类比说明。

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锂应用于空气源热泵系统的相变蓄热水箱数值模拟

李慧星, 曹炽洪, 冯国会, 张然, 黄凯良

2016 (1): 101-105. doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2016.01.012

摘要 ( 517 )

PDF(6505KB) ( 803 )

构建空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统,通过相变储能技术的合理应用,优化了太阳能、空气热能等非连续能源的供能方式,有效提高了建筑中可再生能源的利用率。相变蓄热系统采用了6 m³的保温水箱作为蓄热容器,选取46#石蜡为主要相变材料,304#不锈钢管为封装材料。建立蓄热系统的三维数学模型,采用有效热熔法对相变材料的焓值进行处理,运用Fluent数值模拟软件,研究相变蓄热系统的蓄放热性能。模拟结果显示,系统的蓄热时间为9.2 h,理想蓄热量为102.4 kW·h,能够单独提供低能耗建筑连续采暖11.1 h。空气源热泵-相变蓄热水箱供暖系统能实现大跨度的间歇供暖,在利用非连续能源供暖领域具有良好的前景。

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进军储能市场实现跨越式发展——专访超威电源有限公司研究院副院长沈浩宇

于水

2016 (1): 106-107.

摘要 ( 398 )

PDF(2272KB) ( 428 )

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