储能科学与技术

本期中英文目录

2021 (1): 0-0.

摘要 ( 244 )

PDF(159029KB) ( 420 )

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锂离子电池安全事故：安全性问题，还是可靠性问题

王莉, 谢乐琼, 田光宇, 何向明

2021 (1): 1-6. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0345

摘要 ( 1447 )

HTML ( 136 )

PDF(1027KB) ( 1969 )

近年来锂离子电池相关的安全性事故频发，使得锂离子电池的安全性成为研究热点。本文分析认为，大多数锂离子电池安全性事故的根源是电池产品的可靠性问题。可靠性是产品在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性，以概率来度量。锂离子电池安全性事故发生的情况符合可靠性的定义特征。本文阐述了现行安全性测试标准不能杜绝电池安全性事故的原因，从可靠性的角度分析了锂离子电池安全失效的各种诱因及其测试方法，以期降低电池安全失效几率，并设计出能够避免或减少安全失效后损害的措施。本文呼吁从业者在大力研发锂离子电池安全技术的同时，重视锂离子电池的可靠性研究。

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锂离子电池正极材料本体结构演变及界面行为研究方法

牟粤, 杜韫, 明海, 张松通, 邱景义

2021 (1): 7-26. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0212

摘要 ( 724 )

HTML ( 77 )

PDF(12929KB) ( 1408 )

储能需求的不断增加，要求储能设备拥有更大的容量，而锂离子电池则在储能领域被寄予厚望。正极材料的结构稳定性及储锂电压直接决定了电池的比能量和比功率，其研究一直是锂离子电池研究的核心问题，近些年引起了人们的广泛关注，尤其是材料的结构和电化学行为的实时-原位表征研究对开发和设计性能更为优异的材料有极大的促进作用。对正极材料而言，我们希望获得微观结构形态、化学组分、离子价态变化、外观形貌、离子输运和电子迁移等特性信息以便于进行更为有效的材料制备、结构设计和改性预处理。本综述对表征方法的原理、表征技术使用的场景和相对应的信息等都做了一定的阐述，同时列举了近年来相关技术在锂离子电池正极材料研究中的一些应用。最后则对比讨论了当前表征技术的优缺点，说明了其在研究工作中面临的主要挑战。因此，本文总结了当前对正极材料的结构以及表-界面行为表征常用的技术，包括显微成像、结构与物相、组分与化学价态、成键与官能团的表征，为促进不同的表征技术联用和材料系统分析提供参考借鉴。

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基于锂离子电池正极材料的一元/二元复合正极材料研究进展

蓝兹炜, 张建茹, 李园园, 席儒恒, 赵段, 张彩虹

2021 (1): 27-39. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0306

摘要 ( 835 )

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PDF(8619KB) ( 751 )

以单一正极材料LiCoO₂、LiFePO₄和LiMO₂(M=Ni_xCo_yMn_z/Al_z， x+y+z=1)等为代表的锂离子电池，因其比容量高、能量密度大和循环寿命长等优点被广泛应用于航天航空、电动汽车以及电子设备等领域中。然而，这些单一正极材料因结构极其不稳定、不可逆容量损失高、循环稳定性差、安全性低和导电性低等问题阻碍了在大型动力能源设备上的应用。对此，回顾了单一正极材料在不同领域中的应用情况并描述了其主要缺陷及诱发原因。结果发现，将单一正极材料与其他非正极材料或正极材料复合制备得到的一元/二元复合正极材料能有效解决以上问题，从而从根本上提高电化学性能及循环稳定性。据此，综述了基于锂离子电池正极材料的1+0型和1+0+0型一元复合正极材料以及1+1型和1+1+0型二元复合正极材料(其中1表示锂离子正极材料，0表示非锂离子正极材料)的研究进展，深入分析了上述两大类复合正极材料下4种类型的14种不同结构组合的复合正极材料的电化学性能。最后，阐述了其存在的主要问题，并对今后的发展方向和值得研究的应用价值进行了展望。

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聚偏氟乙烯基凝胶聚合物电解质的研究进展

温荣严, 高志浩, 门树林, 戴作强, 张健敏

2021 (1): 40-49. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0234

摘要 ( 941 )

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PDF(3577KB) ( 847 )

凝胶聚合物电解质(gel polymer electrolyte，GPE)作为液体电解质向固体电解质过渡的一个中间产物，因可以综合液体电解质和固体电解质的优点而受到广泛关注。聚偏氟乙烯及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯拥有较高的介电常数，这有利于锂离子的电离、离子电导率的提高，进而能够改善锂离子电池的电化学性能，因此，是一种具有应用潜力的制备GPE的聚合物材料。本文综述了近五年基于聚偏氟乙烯GPE的研究进展，重点介绍了以下四类GPE：①基于聚偏氟乙烯以及聚偏氟乙烯-六氟丙烯的单一聚合物GPE；②与其他聚合物材料(如聚丙烯酸甲酯、聚间苯二甲酰胺、聚丙烯腈等)的复合GPE；③与无机纳米材料(如三氧化二铝、二氧化硅、氧化石墨烯等)复合的GPE；④其他新型(聚偏氟乙烯类聚合物与纤维素复合)的GPE研究进展。本文简述了各类复合GPE的优势和面临的挑战，最后，分析了基于聚偏氟乙烯GPE在产业化应用过程中面临的问题，并展望了此类GPE未来的发展方向和研究重点。

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锂离子电池化成技术研究进展

林乙龙, 肖敏, 韩东梅, 王拴紧, 孟跃中

2021 (1): 50-58. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0270

摘要 ( 1799 )

HTML ( 139 )

PDF(3241KB) ( 2304 )

锂离子电池生产过程中需要进行化成，实现对电极的浸润及对电极材料进行充分激活。同时，在首次充电过程中，随着锂离子在负极的嵌入，电解液成分在负极发生还原反应形成一层稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，以防止后续循环过程中电解液和锂离子的不可逆消耗，因此该技术对电池性能的意义非同寻常，化成的效果直接影响锂离子电池的后续性能表现，包括存储性能、循环寿命、倍率性能和安全性等。然而，对于电动汽车电池组中的每个单体电池，都需要耗时几天甚至几星期的化成和老化工序，导致较低的电池生产效率；大量的充放电设备、控温设备和环境空间提高了电池的生产成本；传统的化成方式无法完全满足容量，寿命和安全等高性能需求。目前已有很多研究通过优化锂离子电池化成技术来提高电池性能，降低化成时间，从而降低电池生产成本。本综述针对锂离子化成技术优化展开评述，介绍电池化成的意义、成本分析、各种技术参数和化成方法，并对未来的研究和改进方向进行展望。

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锂离子电池长寿命石墨电极研究现状与展望

王　灿, 马　盼, 祝国梁, 马永超, 季鹏程, 魏水淼, 赵　健, 于治水

2021 (1): 59-67. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0330

摘要 ( 1112 )

HTML ( 116 )

PDF(6110KB) ( 1139 )

商业化锂离子电池使用的负极材料主要是石墨，在未来的一段时间内石墨仍是主要的负极材料。锂离子电池石墨电极在使用或运输过程中常会出现某些失效，这些失效将影响锂离子电池的使用寿命，因此如何延长锂离子电池石墨电极的使用寿命成为重中之重。通过对近期相关文献的探讨，综述了锂离子电池石墨电极主要的失效机理，然后根据石墨电极的失效机理从材料设计与电极设计两个方面来延长石墨电极的使用寿命，最后指出未来长寿命石墨电极的未来发展趋势。

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湿法冶金回收技术中无机酸作为浸出剂的研究进展

李林林, 王昱杰, 门一飞, 杨伟, 邹汉波, 陈胜洲

2021 (1): 68-76. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0289

摘要 ( 619 )

HTML ( 29 )

PDF(1741KB) ( 594 )

近几年电动汽车的迅速普及，使得锂离子电池的生产需求激增，因此废旧锂离子电池数量也迅速增长。废旧锂离子电池随意丢弃造成严重的环境污染，威胁人类健康，同时造成大量资源浪费。从环境保护和资源利用的角度来说，废旧锂离子电池的回收直接解决了资源分布不均衡以及环境污染等问题，因此，发展回收技术迫在眉睫。然而废旧锂离子电池的回收技术由于工艺流程复杂、成本高、二次污染等问题，未得到广泛的应用。目前湿法冶金技术是废旧锂离子电池回收方法中最具有前景的工艺，其工艺流程简单、回收利用率高、成本较低。本文详述了目前湿法冶金回收技术中无机酸作为浸出剂的研究进展，着重介绍了几种常用无机酸的特点，重点比较了各种无机酸在浸出过程中的反应条件和金属浸出效率，此外还对浸出过程中热力学反应机理进行了分析。在今后的研究中，应大力推进废旧锂离子电池回收技术的发展，寻求一个更加环保、通用的工艺，同时还应重点研究反应机理，探索更加高效的回收方法。

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全固态锂电池的固态电解质进展与专利分析

李茜, 郁亚娟, 张之琦, 王磊, 黄凯

2021 (1): 77-86. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0205

摘要 ( 1579 )

HTML ( 131 )

PDF(1744KB) ( 2305 )

固态锂电池由于具有安全性高、能量密度高等优势，已成为未来锂电池发展的必经之路。其中，固态电解质作为固态电池区别于传统液态电池的核心部件，已逐渐受到各国重视。本文介绍了三类固态电解质：聚合物、氧化物和硫化物固态电解质，分析了目前最新研究进展和突出研究成果。其中，聚合物电解质具有黏弹性好、机械加工性能优、质量轻等特点。氧化物固态电解质研究时间较长，本文简要介绍了钙钛矿型、NASICON型、Garnet型电解质。而硫化物电解质因具有较高的离子电导率，近年来也广受关注。最后对固态电解质的专利申请进行分析，期于让读者了解不同地区固态电解质的研究水平与进展，倡议加大相关研究经费的投入，为相关企业、高校寻求合作提供选择与建议。

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分步法电解水制氢的机遇与挑战

苏秀丽, 廖文俊, 李严

2021 (1): 87-95. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0271

摘要 ( 1019 )

HTML ( 57 )

PDF(4335KB) ( 2040 )

分步法电解水制氢是近年来发展出的一种新型电解水技术，通过在电池中增加电子耦合质子缓冲媒介(ECPBs)，使得电解水的析氢反应(HER)与析氧反应(OER)不再关联，可以实现H₂和O₂在不同的时间、不同的地点生成。分步法电解水制氢可以解决传统电解水制氢技术面临的H₂和O₂互相渗透所带来的安全问题，并为氢气的储运提供新的解决方案。本文综述了近年来在分步法电解水方面取得的进展，详细介绍了分步法电解水制氢电解槽结构原理，分步法电解水制氢中可以选择的ECPBs的种类及特点。根据ECPBs的状态及适用的电解液介质，分别列出溶液态和固态电极形态的ECPBs在酸性电解液以及碱性/中性电解液中对应技术参数。通过进一步对比现有ECPBs的优势及不足，总结了分步法电解水所面临的挑战和潜在的发展方向。

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基于螯合B类锂盐的固态聚合物电解质的合成及其性能

吴勰, 周莉, 薛照明

2021 (1): 96-103. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0213

摘要 ( 571 )

HTML ( 40 )

PDF(7226KB) ( 468 )

全固态锂离子电池具有较高的安全性和优异的储能性等优点而发展迅速。螯合B类锂盐具有较大的阴离子半径，是固态聚合物电解质(SPE)的一种新型锂盐，它能够很好地破坏PEO、TPU等基体的结晶度，使更多的Li⁺能够与PEO、TPU等基体的高分子链段结合发生配位作用，提高锂离子电解质的解离能力。本研究利用螯合B类锂盐与PEO/TPU/ $B a T i O 3$ 组成SPE，测试SPE的形貌与结构、力学性能、热力学性能、电化学性能和电池性能，结果表明邻苯二酚丙二酸硼酸锂盐(LiBDMB)体系的SPE性能最佳。60 ℃下，LiBDMB体系的SPE离子电导率达到了10^-4 S/cm数量级，组装的电池在0.2 C倍率下能达到142 mW·h/g的放电能力，并在50次循环后表现良好。

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硅/活性炭复合材料的制备及其电化学性能

王瑨, 王建全, 阮殿波, 谢皎, 杨斌

2021 (1): 104-110. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0233

摘要 ( 251 )

HTML ( 24 )

PDF(2036KB) ( 245 )

以纳米硅作为硅源，苯胺作为碳源，通过原位聚合结合炭化合成硅/炭复合材料，接着通过水蒸气物理活化得到硅/活性炭复合物。使用XRD、N₂吸附法、透射电镜以及半电池充放电测试等方法对硅/活性炭复合材料的结构和锂电池性能进行分析。实验数据表明：水蒸气活化温度与活化时间分别为750 °C和 20 min时，得到的硅/活性炭复合材料表现出比硅/炭复合材料更好的倍率和循环性能，该样品在100、200、300和500 mA/g电流密度下的克容量分别为2860、2482、2212和1933 mA·h/g，当电流密度达到1000 mA/g时，克容量仍有1505 mA·h/g，而当电流密度降低为100 mA/g时，材料的克容量恢复到2554 mA·h/g，保持率为89.3%，反映了良好的倍率性能。

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喷雾干燥法制备石墨烯包覆富锂锰基材料Li_1.22Mn_0.52Ni_0.26O₂及其电化学性质

王继贤, 彭思侃, 南文争, 陈翔, 王晨, 燕绍九, 戴圣龙

2021 (1): 111-117. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0236

摘要 ( 558 )

HTML ( 40 )

PDF(2696KB) ( 527 )

本工作采用喷雾干燥法制备了小片径石墨烯包覆的Li_1.22Mn_0.52Ni_0.26O₂富锂锰基材料(G-LNMO)，系统研究了包覆前后材料的晶体结构、微观形貌及电化学性质。扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)结果表明，该方法实现了石墨烯对富锂锰基材料(LNMO)的均匀包覆。充放电测试表明，石墨烯包覆后将LNMO材料在0.1 C和1 C倍率下的放电容量分别从199.8 mA·h/g和87.1 mA·h/g提升至220.2 mA·h/g和117.6 mA·h/g。在0.5 C倍率下经过100次循环后，G-LNMO材料的容量保持率为88%，相比于LNMO材料提升了17%。电池充放电曲线及电化学阻抗分析显示，石墨烯包覆能够显著提升电极动力学，降低电池在充放电过程中的极化，减缓电极/电解液界面副反应的发生，进而提升材料的循环稳定性和倍率性能。

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碳纳米管导电剂对硅碳负极锂电池性能提升的探索

赵悠曼, 严小波, 段红坤, 陈泽伟

2021 (1): 118-127. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0248

摘要 ( 854 )

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PDF(8616KB) ( 799 )

锂离子电池已被广泛用于小型消费类电子、动力汽车和大型储能电网中。硅负极由于具有更高的比容量，是下一代锂离子电池最优选的负极。然而，硅材料较大的体积膨胀以及由此带来的颗粒粉化、材料与集流体剥离和不稳定的SEI阻碍了其大规模应用的进程。本试验以具有高电导率并且易形成导电网络的碳纳米管(CNTs)为导电剂，显著提升了电池的循环寿命(500周之后的容量保持率为92%)。通过微分电化学曲线、交流阻抗谱(EIS)、直流内阻(DCIR)、SEM和XPS测试分析发现，CNTs有助于解决氧化亚硅负极在循环初期由于导电性差导致的容量衰减问题，以及能够改善界面的稳定性，提升电池的综合性能。可以预见的是，CNTs对于提升其他电极材料的性能也会有一定的积极作用。

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高稳定性硅/硬碳复合负极在锂电负极中的应用

余晨露, 田晓华, 郑瀚, 张哲娟, 孙卓, 朴贤卿

2021 (1): 128-136. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0334

摘要 ( 569 )

HTML ( 34 )

PDF(8773KB) ( 511 )

本文以光伏产业回收的硅废料为原材料，以蔗糖、可溶性淀粉、壳聚糖、小麦淀粉等含碳化合物作为碳复合的前体，通过常温水相包裹、低温碳化两步工艺制备了硅/硬碳复合材料，对比研究了前体碳的种类对复合物中碳含量的影响以及碳含量对复合负极循环性能的影响。结果表明，以壳聚糖为前体，产物(c@Si)中的碳复合含量高；与一次复合相比，壳聚糖二次复合的负极(c2@Si)循环比容量更高。在壳聚糖、硅复合体系中进一步添加石墨，硅/硬碳/石墨负极(SCG0.2)的比容量可提高至617 mA·h/g(100圈)，库仑效率高达99.24%，循环300圈后比容量为637 mA·h/g，负极中硅的体积膨胀问题得到明显改善，循环稳定性明显提高，实现了硅废料在能源存储方面的利用价值。

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石墨/纳米锡复合负极材料

金周, 俞海龙, 赵文武, 赵光金, 黄学杰

2021 (1): 137-142. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0315

摘要 ( 880 )

HTML ( 32 )

PDF(2914KB) ( 508 )

随着电动汽车的高速发展，近年来动力电池逐步向具有高比能量型快充动力电池发展，传统石墨负极材料已逐渐难以满足电池快充需求。近年来金属锡负极因其高比容和优异的倍率特性受到广泛关注，但受制于自身的体积效应和界面稳定性问题，限制其电池循环寿命。本文首次提出一种基于石墨和锡的复合材料制备方法，以氯化亚锡和石墨为原料，通过液相法和高温烧结制备石墨/纳米锡复合材料。其中石墨作为纳米锡颗粒的载体有效地抑制锡颗粒充放电中发生团聚和粉化。复合材料在显著提高倍率性能前提下保持了循环寿命优势，实现其在90 mA/g的电流密度下循环150周，比容量保持在360 mA·h/g以上；在900 mA/g的电流密度下循环的可逆比容量大于180 mA·h/g，相同电流密度下石墨比容量小于20 mA·h/g。

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高浓度电解液对电极/电解液界面的影响

张晶晶, 崔孝玲, 赵冬妮, 杨莉, 王洁

2021 (1): 143-149. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0238

摘要 ( 1149 )

HTML ( 81 )

PDF(2799KB) ( 977 )

高浓度电解液作为目前提高锂离子电池能量密度的重要途径，因其具有与低浓度电解液不同的特性而对锂离子电池电极/电解液界面的结构、化学组成及稳定性有着非常重要的调控作用，从而在改善电池体系的安全、循环稳定以及高倍率等电化学综合性能方面有广阔的应用前景。本文主要综述了相对于低浓度电解液，高浓度电解液在近几年的应用中所体现的特殊优势，发现高浓度电解液在拓宽电解液电化学稳定窗口、抑制铝集流体腐蚀和防止石墨剥离等提高电解质与电极相容性方面取得了理想的效果。本文重点分析了高浓度电解液锂盐浓度对电极/电解液界面的影响机理，其中包括锂盐浓度的增加对锂盐阴离子在双电层中占位，锂盐阴离子与溶剂、锂离子之间形成的溶剂化结构以及对界面膜的结构和化学组成的改变，最终形成了薄而致密的界面膜。本文介绍了现有新型表征技术在高浓度电解液中特殊溶剂化结构和电极/电解液界面成膜过程中的应用，最后对高浓度电解液未来的发展和研究方向进行了展望。

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三元锂离子电池氢气产生原因探索

袁雪芹, 杨雷

2021 (1): 150-155. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0222

摘要 ( 941 )

HTML ( 66 )

PDF(1943KB) ( 1381 )

本工作通过气相色谱(GC)和可充电对称锂离子电池探索了三元锂离子电池(LIBs)中H₂产生的原因。除了公认的氢气是由电池中微量水分还原产生之外，本工作则主要是探索质子电解质氧化物(R-H⁺)和碳酸酯解离成 $H ?$ 两种氢气产生机理对于三元锂离子电池是否成立。鉴于R-H⁺作为正负极间的关联产物沉积在负极表面，分别制备了具有充放电能力的石墨/石墨负极软包对称电池、NCM/NCM(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂被定义为NCM)正极软包对称电池以及石墨/NCM软包全电池，经过常温循环以及过充测试后，GC结果显示H₂产生于软包全电池以及负极对称电池，而正极对称电池中没有。此结果侧面验证了R-H⁺机理成立，即H₂由正极端生成沉积在负极表面的产物R-H⁺还原所产生，因此单独的正极对称电池无H₂产生。为了排除电池中微量水分还原产生氢气对R-H⁺机理验证的干扰，选择循环以后未产生氢气的正极对称电池，加入微量水分再循环后，GC结果检测到氢气。说明对称电池中原本微量水分对最终产生氢气的结果影响可忽略不计。最后，选择了正极对称电池对碳酸酯解离成 $H ?$ 产氢机理进行验证，根据前面的实验结论，此体系可排除R-H⁺以及水分对最终产氢结果的影响。高温存储及高温过充测试后，正极对称电池循环后内部均未检测到H₂，因此碳酸酯解离成 $H ?$ 产氢机理不成立。

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锂离子电池内隔膜褶皱的原因及消除

闫晓清, 胡志宇, 刘凤泉, 李林, 谷传明, 戴熙瀛, 肖雨, 邢照亮, 周建军

2021 (1): 156-162. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0322

摘要 ( 2784 )

HTML ( 97 )

PDF(4488KB) ( 1467 )

在锂离子电池制造过程中，电芯注入电解液时，隔膜局部区域出现褶皱并在隔膜和极片间残留有气泡是一个常见的现象。隔膜上的褶皱和隔膜/极片间界面的缺陷会造成电池内阻分布不均匀，内阻低的地方电池循环过程中可能会局部过充或过放，进而影响电池的一致性及循环性能。针对这一现象，对不同种类的隔膜进行了研究，发现溶剂碳酸二甲酯(DMC)在流动浸润隔膜过程中，各种隔膜均会产生褶皱，且褶皱间距随隔膜厚度的增加略有增大。通过对DMC流动浸润隔膜的前端进行分析，发现隔膜产生褶皱主要有两个原因：DMC局部浸润隔膜过程中，毛细作用导致隔膜在液体流动前端出现隆起，在隔膜和极片间出现间隙。同时，DMC扩散到隔膜和极片的内部孔隙所排出的气体在极片/隔膜界面处积累形成气泡，导致隔膜出现局部的变形和皱褶。为解决上述问题，本文提出在电池加工过程中把涂布有聚偏氟乙烯(PVDF)的复合隔膜与正负极片热压黏合，粘合力抵消DMC浸润隔膜时所产生的毛细作用，能够减少或完全消除隔膜的褶皱。实验表明，当隔膜和正极极片热压后的剥离强度小于10 mN/cm时，黏结力尚不足以完全平衡毛细作用，隔膜仍会出现局部的皱缩，但褶皱数量明显减少。当剥离强度大于15 mN/cm时，隔膜的褶皱现象才被完全消除，说明提高隔膜与极片间的黏结强度，是一个解决隔膜/极片界面处缺陷的有效方法，隔膜褶皱等宏观缺陷的消除也有利于提高锂离子电池的一致性及循环稳定性，具有明确的实际应用价值。

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球磨时间对TiFe系合金微观结构和电化学性能的影响

翟亭亭, 韩忠刚, 袁泽明, 张羊换

2021 (1): 163-169. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0245

摘要 ( 442 )

HTML ( 17 )

PDF(5267KB) ( 415 )

通过真空感应熔炼及高能球磨制备了Ti_1.06Pr_0.04Fe_0.6Ni_0.3Zr_0.1Mn_0.2储氢合金，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、蓝电电池测试等手段研究了球磨时间对合金的相组成、组织结构及电化学性能的影响。XRD结果表明：铸态合金主相为TiFe，及少量ZrMn₂第二相。球磨后合金出现非晶化，合金的晶格常数和晶胞体积随着球磨时间的增长而减小。SEM观察合金表面形貌发现：随着球磨时间的加长，颗粒逐渐变细小。电化学性能测试表明：球磨可显著改善合金的活化性能，同时球磨后合金的电化学容量显著提高，均高于铸态合金的52.8 mA·h/g的放电容量，且球磨5 h后的电化学放电容量最大，为170.7 mA·h/g。P-C-T曲线测试结果表明，随着球磨时间的延长，合金的平台压逐渐升高，且吸放氢滞后性明显。

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新型混合硝酸熔盐的制备及热物性研究

盛鹏, 徐丽, 赵广耀, 韩燕, 吴玉庭

2021 (1): 170-176. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0237

摘要 ( 600 )

HTML ( 19 )

PDF(1323KB) ( 654 )

本工作通过在47%Ca(NO₃)₂-53%KNO₃(质量分数)二元熔盐中添加不同比例添加剂B或A，经过筛选得到了5种混合熔盐样品，分别对其进行了热物性参数的测试分析。测试结果表明，相比最为常用的太阳盐熔盐，混合熔盐的上下限温度得到拓展，混合熔盐样品中，凝固点最低可达135.2 ℃，分解温度最高可达639.1 ℃。当添加34%(质量分数)添加剂B时，混合熔盐样品的综合性能最优，其储热密度可达734 kJ/kg，导热系数高达0.74 W/(m·K）。综合考虑不同热物性参数的测试结果，相比传统Solar Salt及Hitec熔盐，本文开发的混合熔盐配方综合性能有较大提升，在光热发电中作为传热蓄热介质具有良好的应用前景。

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不同粒径活性炭/肉豆蔻酸复合相变材料

徐众, 侯静, 李军, 吴恩辉, 黄平, 唐亚兰

2021 (1): 177-189. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0232

摘要 ( 427 )

HTML ( 17 )

PDF(14563KB) ( 198 )

利用不同粒径活性炭(AC)为支撑材料，肉豆蔻酸(MA)为相变主材，采用熔融共混法制备不同AC/MA定型复合相变材料。借助电动压片机、红外成像仪、稳态热导率测试仪和半导体电阻率测试仪对材料物理性质及性能进行测试。结果表明，MA中添加200、300、325和400目(1目=1.5 μm，余同)AC的最佳质量分数分别为47%、42%、38%和35%，添加质量分数随粒径减小而减小；成型复合材料的密度随AC质量分数和成型压力增加而增大，而泄漏率则随其增加而减小。成型复合材料的温度场分布更均匀，蓄-放热时间均比纯MA短。复合材料热导率分别比纯MA提高了1.91～4.11、2.05～3.93、1.71～3.93和1.97～4.11倍。复合材料的电阻率会随压力和石墨添加质量分数增加而减小，添加10%的石墨后，电阻率降低1～2个数量级；液态下混合材料电阻率波动更小；拟合分析显示材料电阻率与压力之间呈指数衰减趋势。

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笼屉式水箱中膨胀石墨对石蜡熔化和凝固过程的影响

邓婷婷, 蔡颖玲

2021 (1): 190-197. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0257

摘要 ( 323 )

HTML ( 18 )

PDF(3776KB) ( 154 )

为研究膨胀石墨对石蜡熔化和凝固性能的影响，对膨胀石墨石蜡复合相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行数值分析，并与纯石蜡相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行对比。且分析不同含量的膨胀石墨及不同壁面温度对石蜡熔化和凝固过程的影响，结果表明：石蜡中添加膨胀石墨能明显缩短石蜡的熔化和凝固时间，且熔化和凝固时间都随着膨胀石墨含量的增加而减少；在同种工况下，与纯石蜡对比，添加1%、2%、5%膨胀石墨的复合石蜡熔化时间分别减少2.14、2.81、9.74倍；凝固时间则分别减少0.77、1.05、3.76倍；壁面温度对复合石蜡的熔化过程影响显著，而对凝固过程影响程度不佳；其中在初始温度相同的条件下，与壁面温度为327 K的工况下5% EG复合石蜡全部熔化的时间对比，壁面温度为332 K及337 K的工况下5% EG复合石蜡全部熔化的时间分别缩短了0.83、1.58倍。

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大容量动力型超级电容器存储性能

陈雪龙, 张　希, 许传华, 于学文, 阮殿波, 乔志军, 汪　俊, 王朝阳

2021 (1): 198-201. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0247

摘要 ( 405 )

HTML ( 22 )

PDF(1162KB) ( 280 )

超级电容器的电荷存储能力受多个因素的影响。以商品化的大容量动力型超级电容器为研究对象，从充电电流、充电电压、恒压时间、存储温度和电解液体系5个方面对超级电容器单体的电压保持能力进行系统研究。结果表明，较低的充电电流、充电电压和环境温度以及较长的恒压时间有利于电荷储存，单体电压保持能力较好。此外，当使用的电解质盐相同时(四氟硼酸四乙基铵，TEA-BF₄)，碳酸丙烯酯(PC)溶剂基电解液体系的电压保持能力较好；而当使用的溶剂相同时(PC基体系电解液时)，相同浓度的TEA-BF₄电解液电压保持能力比四氟硼酸螺环季铵盐(SBP-BF₄)电解液好。

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大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究

梅文昕, 段强领, 王青山, 李妍, 李欣, 朱金大, 王青松

2021 (1): 202-209. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0249

摘要 ( 1407 )

HTML ( 73 )

PDF(4213KB) ( 1491 )

高温是触发锂离子电池热失控的最直接原因，因此研究锂离子电池在高温加热中的热失控特征及其内在机制至关重要。本文选取109 A·h大型磷酸铁锂电池为研究对象，在COMSOL Multiphysics中建立了6种不同温度下(140 ℃、145 ℃、150 ℃、155 ℃、160 ℃、165 ℃)的烘箱热失控模型，模拟分析了电池在高温加热条件下的热失控特征和温度分布。研究结果表明在140 ℃和145 ℃时电池未发生热失控，其他工况下电池均发生热失控，且环境温度越高，电池发生热失控的时间越早，温升速率加快。此外，通过对热失控各副反应分解浓度分析得知，未发生热失控情况下只发生了SEI膜和负极的分解反应，而正极与电解液的反应是造成电池热失控的主要诱因。最后通过对比发生热失控和未发生热失控情况下电池的温度分布，发现未发生热失控条件下电池温度分布均匀，而发生热失控时电池温度均匀性变差。同时发现高环境温度下电池的热失控更为剧烈，温度分布极不均匀，且在热失控前后温度分布变化较快，预计电池材料发生的不可逆分解反应是导致电池损坏的主要原因。

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石墨-石蜡复合相变材料的圆柱型动力电池组热管理性能

王海民, 王寓非, 胡峰

2021 (1): 210-217. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0206

摘要 ( 444 )

HTML ( 18 )

PDF(2853KB) ( 340 )

本工作以21700容量型NCM811锂离子动力电池为研究对象，设计了正六边形布置的电池模组，外覆圆柱型石墨-石蜡复合相变材料的结构。利用数值模拟方法探究了不同恒定倍率放电，以及相邻两电池不同间距对模组热特性的影响。结果表明，对于不同倍率，相邻电池间距对电池模组高倍率放电过程中的温度影响要远大于低倍率放电过程，而对于相同倍率，小间距模组从放电开始至结束的温升要高于中间距和大间距模组。电池温度的变化相对于热流量在时间上有一定滞后，通过监测热流量的数值，能够对电池热管理的失效做出提前预知，提高电池组的安全性。

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硅基负极软包动力电池针刺热失控特性研究

许辉勇, 李远宏, 张志萍, 范亚飞, 胡仁宗

2021 (1): 218-228. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0269

摘要 ( 907 )

HTML ( 64 )

PDF(9891KB) ( 757 )

研究锂离子动力电池热失控特性，获取关键参数，对热失控预警、热失控扩散阻止以及热失控扩散防护设计具有重要意义。本工作利用以镍钴锰酸锂［Li(Ni_0.8Mn_0.1Co_0.1)O₂，NCM811］为正极活性物质，分别以硅基材料(SiO_x/graphite)和石墨(graphite)为负极活性物质的25 A·h软包动力电池，开展了不同SOC(state of charge，荷电状态)针刺热失控特性研究，阐述了热失控过程现象与温度及电压的对应变化关系；通过钢针温度估算了不同SOC下单位容量热失控放热量，并对热失控喷射的火焰、喷射出去的高温固体物质等形式热传递进行分析。结果显示，在同等SOC时，硅基负极体系电池产生了更为剧烈的热失控。SOC为25%时，硅基负极体系电池在针刺过程中依然会发生剧烈的热失控，而石墨负极实验现象则较为温和。硅基负极体系电池荷电状态为100%、50%、25%时，电池周边都监测到持续一定时间的高风险温度，容易诱发临近电池产生热失控。电池针刺实验失重量随着SOC的增加而增加，100% SOC的硅基负极体系电池失重比例最高，达到了75.2%。

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磁控溅射制备的陶瓷涂层SiO₂/PP/AlF₃隔膜对电池性能影响

史佳倚, 姚莹梅, 闫佳琪, 孙超钦, 黄锋林

2021 (1): 229-236. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0319

摘要 ( 572 )

HTML ( 25 )

PDF(8182KB) ( 331 )

本工作利用磁控溅射技术对PP隔膜两侧分别物理沉积了厚度为200 nm的SiO₂和AlF₃陶瓷颗粒层，成功制备了SiO₂/PP/AlF₃功能隔膜，有效避免了传统涂覆法带来的厚度增加和孔隙率降低的缺陷。一方面，SiO₂和AlF₃陶瓷颗粒均具有优异的力学性能和化学稳定性，能够有效提高聚烯烃(PP)隔膜的耐热性；另一方面，SiO₂和AlF₃都是极性化合物，能够协同提高隔膜对电解液的亲和性，提高了锂离子的电导率，降低电池内阻。此外，AlF₃的强路易斯酸性和低表面能有效抑制电解液的分解和锂枝晶的生长，提高锂离子电池的电化学性能和安全使用性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析技术(EDS)、差示扫描热量仪(DSC)、X射线光电子能谱仪(XPS)、孔隙率、电解液亲和率以及电化学性能测试对改性隔膜进行表征。结果表明，磁控溅射技术对改性隔膜的厚度和孔隙率影响很小；采用SiO₂/PP/AlF₃隔膜的锂离子电池，在0.2 C下的初始放电比容量达到164.98 mA·h/g，50次循环后的比容量为154.87 mA·h/g，循环衰减率仅为0.12%；在5.0 C高电流密度下SiO₂/PP/AlF₃隔膜电池仍有102.07 mA·h/g放电比容量，循环性能、倍率性能明显优于传统的PP隔膜电池。SiO₂/PP/AlF₃功能隔膜的应用对高性能锂离子电池的研发具有积极意义。

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基于AUKF-BP神经网络的锂电池SOC估算

张远进, 吴华伟, 叶从进

2021 (1): 237-241. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0285

摘要 ( 761 )

HTML ( 29 )

PDF(1347KB) ( 563 )

电池荷电状态(SOC)的估算作为车载电池管理系统(BMS)的核心技术之一，其准确预估可以延长电池使用寿命，确保整车的正常行驶。本文以锂离子电池为研究对象，提出一种基于自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)和BP神经网络相结合的电池SOC估算方法。该方法通过采样策略自适应性提高了UKF的估算精度，并利用训练好的BP神经网络SOC输出值作为UKF的观测量。使用Arbin电池测试平台采集的不同温度下的混合工况和FUDS工况电池测试数据为基础，比较AUKF-BP算法和BP算法的准确性。结果表明，不同温度下的AUKF-BP算法的平均均值误差为0.82%，BP算法的平均均值误差为1.63%，基于AUKF-BP的SOC估计方法具有更高的鲁棒性和准确性。

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基于FFRLS和AEKF的锂离子电池SOC在线估计研究

封居强, 伍龙, 黄凯峰, 卢俊, 张星

2021 (1): 242-249. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0296

摘要 ( 975 )

HTML ( 56 )

PDF(1856KB) ( 670 )

本文基于Thevenin等效电路模型，结合遗忘因子最小二乘法(FFRLS)和自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)提出联合估计荷电状态(SOC)算法。FFRLS对模型进行参数辨识，为SOC估计提供时变的模型参数；AEKF对SOC进行在线估计，为模型参数辨识提供准确的开路电压。以北京公交的纯电动客车用动力动态测试工况(BBDST)进行仿真实验，并与FFRLS在线辨识及安时积分法的SOC估计进行对比。该算法实现端电压的快速跟踪，精度较FFRLS提高了85%；SOC估计结果能够快速收敛，精度在1.5%～2%范围。研究结果表明，本文算法能够对模型系统进行闭环修正，从而具有更高的精度和更好的适应性。

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通过无量纲化方法分析实验条件对锂离子电池热参数辨识精度的影响

滕冠兴, 戚俊毅, 葛昊, 李哲, 张剑波

2021 (1): 250-260. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0279

摘要 ( 418 )

HTML ( 23 )

PDF(2788KB) ( 289 )

锂离子电池(LIB)热参数辨识对电池热设计和热管理至关重要，但由于锂离子电池具有各向异性的复杂结构，热参数的辨识具有挑战性。热参数辨识涉及的实验条件众多，并且实验条件对辨识精度的影响尚不清楚。利用无量纲的热模型，分析了最近开发的热参数辨识方法中加热片半径及功率、热电偶位置、加热持续时间和电池厚度等实验条件对精度的影响。一般情况下，加热片功率越高，辨识精度越高，但出于安全考虑，存在加热功率上限。热电偶位置存在最远极限，且极限位置随加热片功率增大而变远。加热持续时间的范围会随着电池展向导热系数与法向导热系数之比增大而减小。另外，通过比较不同构型电池的分析结果，发现较低厚度-宽度比的电池有更高的辨识精度。

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基于特征处理与径向基神经网络的锂电池剩余容量估算方法

陈峥, 李磊磊, 舒星, 沈世全, 刘永刚, 申江卫

2021 (1): 261-270. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0314

摘要 ( 491 )

HTML ( 23 )

PDF(2381KB) ( 461 )

为解决锂电池可用容量估算过程中精度与效率难以兼顾的问题，本文提出了一种基于特征处理与径向基神经网络的锂电池剩余容量估计方法。首先由电池充电过程数据中提取与剩余可用容量相关联的特征量，然后运用局部异常因子算法对特征量中异常点进行精准清洗，提高特征量所含有效信息量，再通过局部线性嵌入降维算法对所得特征向量组进行降维处理，减少数据复杂度，最后，引入径向基神经网络建立起剩余容量的估算模型。在不同型号电池上应用该模型进行了验证，估算结果的最大平均绝对误差为0.06，最大均方根误差为0.05，表明该模型能够有效估计锂电池的剩余可用容量并有较强的鲁棒性。与Elman神经网络和BP神经网络算法相比，在保证高精度的同时该方法有更快的估算效率。

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一种面向电池组均衡模型的定量评价体系

王敏旺, 吴华伟, 刘祯

2021 (1): 271-279. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0260

摘要 ( 422 )

HTML ( 23 )

PDF(2153KB) ( 309 )

不同的均衡模型都可以使电池组进入均衡状态，但其均衡表现却各不相同。以往关于均衡技术评价的研究中，主要以定性分析为主。为了明确各种模型的优势和劣势以及寻找更优的均衡模型，提出了一种用于电池组均衡模型的定量评价体系。以均衡结构成本、均衡时间、可用SOC以及平均热功率作为评价指标，以均衡结构和均衡策略所组成的均衡模型作为评价对象，以96节锂离子电池串联组成电池组模型，并设置电池组初始SOC符合正态分布。通过计算以及建模仿真得到评价指标的具体数值，对数值进行归一化处理，使用雷达图对比分析不同模型的优缺点，计算综合性能值对比分析不同模型的综合表现。以4种具有典型结构的飞渡均衡模型为例，使用定量评价体系进行分析，4种均衡模型都可以使电池组进入均衡状态，其中飞渡电感模型均衡时间最短，飞渡电阻模型均衡结构成本最低，飞渡绕组模型综合表现最差，飞渡电容模型综合表现最优。该定量评价体系可快速、有效地对多种电池组均衡模型进行多维度及综合性能的评价。

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T-history法及其在相变材料热物理性能测定中的应用

王建君, 沈玉霞, 张宇, 张托弟, 李勇, 王毅

2021 (1): 280-286. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0294

摘要 ( 664 )

HTML ( 24 )

PDF(1286KB) ( 632 )

以相变材料(phase change materials，PCMs)为基础的相变潜热储热技术(latent heat thermal energy storage，LHTES)因可在较小的温度波动范围内可逆的吸收和释放大量的相变潜热，在解决低品位热能在时间和空间上的不匹配方面具有潜在的应用前景。相变材料的热物理性能不仅决定了潜热储热系统的储热密度和储/放热效率，而且影响着储能系统的运行成本和寿命，快速、准确、方便地获取满足工程应用需求的相变材料热物理学参数至关重要。本文通过对相关文献的探讨，回顾了T-history法的原理、实验装置和数学模型。鉴于T-history法模型过于简化、相变过程中固-液相界面难以定义的缺陷，着重介绍了提高T-history法测试准确度的方法。综述了T-history曲线(T-t曲线)在相变材料相变点、过冷度和相变温度区间确定中的应用，重点介绍了T-history曲线在相变材料比热容、相变潜热测定中的应用，以及比热容-温度曲线、相变焓-温度曲线数学模型的建立和应用。综合分析表明，利用T-history法可以方便的获得相变材料的过冷度、相变区间、比热容和相变焓等热物理学参数。

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相变混凝土墙体的传热性能研究

涂航, 张航, 刘丽辉, 李杰, 孙小琴

2021 (1): 287-294. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0254

摘要 ( 543 )

HTML ( 26 )

PDF(2336KB) ( 324 )

为减少室内外环境之间的传热，降低室外环境的波动对室内环境的影响，在建筑围护结构中加入相变材料（phase change materials，PCMs）是有效手段之一。PCMs是一种在温度不变的情况下通过改变物质状态吸收或释放大量的潜热的物质，其与建筑围护结构的结合可实现室内外环境之间的传热管理。本文采用宏观封装的方法将相变温度为25 ℃的PCMs封装于内径为24 mm、外径为25 mm的高密度聚乙烯球壳中，均匀整齐排列置于截面尺寸均为880 mm×500 mm的混凝土中形成PCMs-混凝土层，采用电加热膜模拟建筑围护结构外表面的太阳辐射，实验研究了PCMs-混凝土层在不同太阳辐射强度下不同位置时的热工性能，并采用Ansys软件对墙体的热工性能进行数值模拟，最后引入相对导热系数分析不同PCMs-混凝土组合墙体的传热性能。研究发现，当太阳辐射强度小于等于80 W/m²或大于等于200 W/m²时，PCMs-混凝土层靠近墙体内表面时相对导热系数最小，墙体热性能更好；当太阳辐射强度处于两者中间时，PCMs-混凝土层靠近墙体外表面时，相变材料更能发挥其吸热特性，墙体热性能更好。

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锂电池百篇论文点评（2020.10.01—2020.11.30）

田孟羽, 岑官骏, 乔荣涵, 申晓宇, 季洪祥, 田丰, 起文斌, 金周, 武怿达, 詹元杰, 闫勇, 贲留斌, 俞海龙, 刘燕燕, 黄学杰

2021 (1): 295-309. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0407

摘要 ( 717 )

HTML ( 61 )

PDF(1599KB) ( 1232 )

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2020年10月1日至2020年11月30日上线的锂电池研究论文，共有2731篇，选择其中100篇加以评论。层状正极材料主要研究了高镍三元材料和富锂相材料中的氧氧化还原机制，掺杂和表面包覆是常用的改性方法。硅基复合负极材料的研究重点包括负极嵌锂的体积膨胀问题以及通过引入新的黏结剂和在材料表面预形成SEI等方法提升材料的循环性能，有关负极的研究工作还包括Ti₂Nb₁₀O₂₉负极、还原氧化石墨烯及其复合材料负极、三维碳负极材料等。电解液添加剂的研究包括适用于高电压三元材料、富锂材料、高电压磷酸钴锂材料、锂硫电池和厚电极的功能电解液添加剂。固态电解质的研究对象涵盖硫化物固体电解质、聚合物与硫化物/氧化物固体电解质复合材料、硅掺杂的Li₆PS₅I和硼酸锂掺杂的Li₇La₃Zr₂O₁₂等。无机电解质和无机/聚合物复合电解质固态电池、锂硫和锂空气电池的论文也有几篇。表征分析偏重于固液界面SEI、金属锂沉积过程、锂在电极中的空间分布he1电池气胀问题等。理论模拟工作涉及SEI形成机制以及厚电极电池的动力学等。

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锂离子电池浮充电研究综述

尹　涛, 郑莉莉, 贾隆舟, 冯　燕, 王　栋, 戴作强

2021 (1): 310-318. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0253

摘要 ( 1954 )

HTML ( 121 )

PDF(4457KB) ( 2045 )

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长和安全性能好，逐渐取代铅酸电池成为市场上的主流电池。同时锂电池在储能电站、通信基站、变电站等后备电源系统和常用笔记本电脑等各个领域也得到了广泛的应用。通过浮充电方式对锂离子电池进行能量补充是后备电池充电的一种常用方式，而长期的浮充电将使得电池内部结构发生变化，造成电池循环寿命减少，甚至引发安全性问题。本文从外部温度影响、浮充电压的差异、和电池组单体的不一致性三个方面，综述了不同因素对浮充性能的影响，以及浮充电后对锂离子电池的影响。便于优化储能锂离子电池的浮充条件，确保电池稳定运行下提高其使用寿命，以及对于储能锂离子电池的研究进展提供指导。

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18650三元锂离子电池的放电热特性

冯燕, 郑莉莉, 戴作强, 王栋, 贾隆舟, 尹涛

2021 (1): 319-325. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0244

摘要 ( 651 )

HTML ( 38 )

PDF(3390KB) ( 599 )

通过某18650型NCM锂离子电池在恒温箱温度为40 ℃、25 ℃时的0.5 C、1 C、2 C放电倍率实验与0 ℃、-25 ℃时0.5 C倍率的放电实验，得到不同温度与放电倍率下电池的电压与温度曲线，并验证电化学-热耦合模型的可靠性，在25 ℃时模型精确度最高，电压误差为0.07 V，温度误差为0.8 ℃，-25 ℃时精确度最低，电压误差为0.6 V，温度误差为1.5 ℃。借助模型进行25 ℃时电池的电极产热分析，并模拟25 ℃温度条件下2 C放电时的温度场分布，放电结束时电池正负极极耳处温度最高，具体数值为34.8 ℃，与气流正对的电池表面的温度最低，数值为34 ℃，在气流后侧距电池中心50 mm处的模型边界处受电池产热与气流的影响温度上升4 ℃。

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基于迁移模型的老化锂离子电池SOC估计

陈　峥, 赵广达, 沈世全, 舒　星, 申江卫

2021 (1): 326-334. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0288

摘要 ( 457 )

HTML ( 23 )

PDF(3683KB) ( 254 )

在锂离子电池荷电状态(SOC)估计过程中，由于电池老化引起的电池可用容量衰退和内部参数变化会对SOC估计结果造成很大影响。针对这一问题，本文将电池老化视为影响模型与SOC估计精度的不确定因素，提出了一种基于迁移模型的老化锂离子电池SOC估计新方法。首先以电池初始状态下的二阶RC等效电池模型为电池初始模型，利用递推最小二乘法(RLS)及多项式拟合法提取初始模型参数与SOC的函数关系式，并将函数关系式进行线性迁移得到迁移模型状态方程，再采用风险最小化粒子滤波算法(RSPF)在电池实际运行中更新迁移模型的迁移因子，最后结合低通滤波器实现SOC的精确估计。通过4组不同老化程度下的城市道路循环工况(UDDS)数据对迁移模型算法进行了验证，并与扩展卡尔曼滤波(EKF)和自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)两种算法进行了对比。实验结果表明，在不同的老化状态下，本文所提出的方法具有更高的精确性，估计得到的SOC均方根误差(RMSE)始终稳定在1.04%以内，验证了所提方法的有效性。本研究有助于推动迁移模型在老化锂离子电池SOC估计中的应用，对电动汽车全生命周期内使用过程中SOC的估计具有一定指导和参考意义。

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基于自适应分数阶扩展卡尔曼的锂电池SOC估算

余鹏, 王顺利, 于春梅

2021 (1): 335-341. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0217

摘要 ( 460 )

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锂离子电池荷电状态估计是电池管理系统的重要组成部分，荷电状态估计结果的准确性将直接影响电池管理系统的性能。针对荷电状态估计准确性难以提高的问题，在传统扩展卡尔曼算法基础上提出一种时变等效电路模型及改进分数阶扩展卡尔曼算法，利用时变的模型参数达到对锂电池荷电状态的全周期准确描述，利用分数阶导数的记忆特性对状态预测方程进行改进。同时，考虑传统分数阶扩展卡尔曼引用历史数据带来的估算误差，加入自适应噪声因子提高算法精度。针对分数阶算法带来的数据冗余问题以及锂电池的松弛效应，利用滑窗思想设计一个大小为20(M=20)的固定窗口，随电池充放电状态实时更新窗口内数据，采用窗口中20个数据进行分数阶运算，减小数据冗余带来的误差提高估算准确度。通过采用两种不同工况对提出算法可行性与算法精度进行验证。实验结果显示分数阶扩展卡尔曼估计最大误差为0.02，而传统扩展卡尔曼算法误差最大可达0.05，同时提出算法的误差波动更小，结果表明该估算方法具有较高的精度与抗干扰能力，有助于推动锂电池管理系统的发展与更加准确的荷电状态估算方法的应用。

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梯次利用锂离子电池等效模型参数在线辨识方法

杜帮华, 张宇, 吴铁洲, 何衍林, 李子龙

2021 (1): 342-348. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0235

摘要 ( 581 )

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PDF(2258KB) ( 510 )

针对目前梯次利用锂离子电池受老化的影响，导致在采用传统带遗忘因子的最小二乘法进行等效模型在线参数辨识后，会出现模型参数过饱和、无法跟踪时变参数的问题。本工作提出一种可变遗忘因子的最小二乘法，通过不断地对遗忘因子进行矫正更新，从而更好地跟踪梯次利用电池老化特性。以锂电池一阶RC等效电路模型为对象，搭建测试平台进行充放电试验，并与传统带遗忘因子的最小二乘法的参数辨识结果进行对比。实验结果表明，该方法能够快速收敛及动态跟踪，同时模型端电压参数平均误差减小到25 mV以内，所提出的方法在DST和储能系统典型工况下运行时，其对应的参数辨识精度提高了38.33%，证明该方法具有较高的准确性。

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退役动力锂电池在光储微电网的集成与应用

徐余丰, 严加斌, 何建明, 琚正伟, 程革, 郑达, 邹印龙, 叶磊, 王建新

2021 (1): 349-354. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0251

摘要 ( 516 )

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PDF(2632KB) ( 354 )

为实现退役动力锂电池在光储微电网系统中的集成与应用，从整包利用的角度出发，检查80 V-60 A·h电池包的外观、铭牌、开路电压、BMS通讯情况对其进行初选，通过充放电测试对电池包完成二次筛选，并依据容量大小对电池进行分组，结合多通道储能变流器将电池成组，应用于光储微网系统中。结果显示：80个电池包有8个存在外观、开路电压和BMS通讯问题，22个存在容量和C_D-OCV曲线异常。剩余50个电池包容量最大值为49.46 A·h，容量最小值为45.58 A·h，极差值为3.88 A·h，占额定容量的6.5%，一致性较好；在0.1、0.2、0.3、0.5 C等不同倍率下对电池进行充放电，成组后的电池C_D-OCV曲线离散度较小；按0.05 C倍率充电、0.1 C倍率放电进行削峰填谷，充电量为111 kW·h，放电量为103 kW·h，转化效率92.79%。表明筛选和成组后的电池充放电性能正常，具备梯次利用价值。

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离网型风-光-抽水蓄能恒压供电系统

陈星宇, 刘忠, 寇攀高, 邹淑云, 潘宜桦

2021 (1): 355-361. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0225

摘要 ( 443 )

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PDF(1768KB) ( 265 )

根据风能与太阳能互补的特性，并利用农村地区常见的开口水井作为抽水蓄能的下水库，本工作提出了一种适用于偏远农村地区的小型离网风-光-抽水蓄能联合运行系统。采用了一种新颖的发电技术，使得系统的输出功率、输出电压不受风速和太阳能辐射强度变化的影响，且不需要使用电池、逆变器、控制器和控制电路等设备。建立了所提出系统的数学模型，基于湖南省某偏远农村24 h的真实数据进行了恒压供电系统电能输出特性的仿真与对比分析。结果表明，所提出的系统能够实现昼夜连续稳定运行，输出功率几乎保持与设计值相等的0.3 kW，输出电压也基本维持在220 V；在用电高峰时段8～22 h，整个系统的平均输出功率为294.5 W，最大值为300 W，平均输出电压为217.8 V，与设计值的功率偏差为1.8%，电压偏差为1%。与风电-抽水蓄能和光伏-抽水蓄能联合运行系统的结果相比，功率偏差分别降低了28.8%和34.8%，电压偏差分别降低了27.7%和34.1%。所提出系统具有简单、可靠、故障率低、无污染和供电恒压稳定的优点，有助于向风能、太阳能资源贫乏地区的偏远农村居民提供低成本的优质电能。

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压缩空气储能与吸收式热泵循环集成的热电联产系统

杨绪青, 余真珠, 杨肖虎, 刘　展

2021 (1): 362-369. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0307

摘要 ( 558 )

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PDF(1893KB) ( 501 )

压缩空气储能与可再生能源相结合被认为是一种解决传统压缩空气储能系统对化石燃料的依赖、增加可再生能源渗透率的有效途径。通过将压缩空气储能系统与电加热器集成(CH-CAES)，大幅提升了储热装置的蓄热量，同时实现了压缩空气储能系统膨胀机做功能力的提升。为了回收压缩空气储能系统中储热装置剩余的高温余热，提出一种CH-CAES与吸收式热泵循环(AHP)集成的热电联产系统(CH-CAES-AHP)，以实现能量的梯级利用。采用控制变量法探究了4个关键参数对系统性能的影响。同时应用基于热力学第二定律的?分析方法作为能量分析的有益补充，完善对系统性能的评价。研究结果表明，通过集成AHP可大大提升CH-CAES系统的循环效率，增加能量的利用率。基本工况下，与CH-CAES系统相比，由于CH-CAES-AHP系统额外输出了5790.53 kW供热功率，集成系统的循环效率与?效率分别提升了29.96%和1.87%。参数分析发现：释能压力、电加热温度对集成系统性能影响较大，精馏塔压力、精馏塔回流比对集成系统性能影响较小。集成系统的循环效率随系统释能压力的升高而降低，随电加热温度的升高而升高；通过降低精馏塔压力、减小回流比可以增加热泵循环的净放热量，提升热泵性能系数，有利于集成系统循环效率的提高。集成系统的?效率随系统释能压力的升高而升高，随电加热温度的升高而降低；精馏塔压力、精馏塔回流比对集成系统?效率的影响不明显。

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压缩空气储能系统分析及多目标优化

侯磊, 王子驰, 李营超, 王赛豪, 张亚杰, 张禹森

2021 (1): 379-384. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0273

摘要 ( 608 )

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为解决压缩空气储能系统热力学性能与经济学性能相互制约的问题，本文同时考虑热力学性能与经济学性能对系统进行优化。首先建立了系统的热力学模型和经济学模型，研究了关键节点参数对系统性能的影响规律，在此基础上以热力学评价指标能量效率和经济性评价指标单位能量成本为目标函数对系统进行多目标优化。研究结果表明：增大膨胀比、提高透平入口温度能够提高系统效率、降低发电成本；系统最佳运行工况条件下，能量效率可达55.12%，单位能量成本为396.60 $/kW。

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蓄热技术对可再生能源分布式能源系统的效益分析

曹建军, 王俊, 张利勇, 刘亚奇, 凌浩恕, 王亮, 徐玉杰, 周学志, 陈海生

2021 (1): 385-392. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0258

摘要 ( 350 )

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PDF(1558KB) ( 357 )

为了综合分析蓄热技术对可再生能源分布式能源系统的效益，本工作以大连某办公建筑群太阳能、风能、燃气互补的可再生能源分布式系统为研究对象，建立了蓄热技术与可再生能源分布式能源系统耦合评价模型，分析了蓄热技术对可再生能源分布式能源系统的电平衡、热平衡、燃料耗量及对环境温室效应、酸化效应和污染效应的影响，并利用静态经济性和动态经济性评价法，分析了水、导热油、耐火砖、水合盐、石蜡等蓄热技术应用的经济可行性。结果表明，在以电定热运行模式下，蓄热技术的引入对电平衡没有影响，但蓄热技术典型日可供暖14261.14 kW·h，减小63.95%燃气锅炉补热量，节约1822.74 m³燃气耗量，一次能源节约率为13.16%，进而减轻372165.90 g CO₂造成的温室效应、278.30 g SO₂造成的酸化效应和150.74 g PM_2.5造成的污染效应；水、耐火砖、水合盐和石蜡蓄热技术具有较好的经济可行性，且以水蓄热技术最具优势，静态和动态投资回收期分别为4.91年和6.57年；导热油蓄热技术投资回收期较长，经济可行性较低。研究可为蓄热技术在分布式能源系统高效应用提供参考和依据。

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CAES储气库设计参数对其热力学特性影响

万发, 蒋中明, 唐栋

2021 (1): 370-378. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0256

摘要 ( 404 )

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为研究压缩空气储能(CAES)电站储气库热力学特性分布规律，并探究圆柱形洞室不同形体参数K(长度半径比值)以及入气口位置对储气洞室内热力学特性和能量存储的影响，本工作采用非等温共轭传热模型建立了CAES洞室三维模型，计算了不同形体参数K和不同入气口布置方式下充气段洞室内热力学过程。结果表明：CAES洞室内温度场存在显著不均匀性，但是压力分布差异性不大；圆柱形洞室体型参数K会显著影响洞室温度场，但对压力分布和存储?影响不大，K值越大，温度均值和极大值越大；入气口设在中部可显著降低温度均值和极大值，分别降低16 K和159.61 K，但不会影响存储?。因此，压气储能储气库内温度场存在不均匀性，不均匀温度场可在局部形成极高温，对衬砌和围岩的安全性产生重大威胁，采用中部入气并设计合理形体参数可在不影响能量存储的条件下有效改善温度场不均匀性，从而避免由不均匀温度产生围岩热应力破坏。

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