《我国科研团队开发出长效稳定的锂离子电池原位膨胀力监测技术》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2025-05-12
  • 近日,中国科学技术大学苏州高等研究院潘挺睿教授、常煜研究员团队与中国科大谈鹏教授团队,联合中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳教授、张帆研究员团队,开发出长效稳定的锂离子电池原位膨胀力监测技术。相关研究成果日前发表于《国家科学评论》。

    锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命而成为电动汽车和储能系统的核心。然而,锂枝晶生长、固体电解质界面膜生长等问题威胁着电池的使用安全与服役寿命。针对这一挑战,研究团队开发了一种基于一体式离电传感技术的新型原位监测技术,利用锂离子电池自身的电解液和材料构建传感界面,无须额外封装即可实现高精度压力监测。这种结构不仅与电池材料高度兼容,还解决传统柔性压力传感器在腐蚀性环境中的稳定性难题。

    实验表明,一体式离电传感技术能在电池内稳定工作超过1个月,可通过压力曲线不对称性和峰值变化捕捉到锂枝晶的不可逆沉积。研究人员介绍,该技术为智能电池设计开辟了新路径,其低成本、高精度和长寿命特性尤其适用于车载电池管理系统。

  • 原文来源:https://www.cnenergynews.cn/kejizhuangbei/2025/05/09/detail_20250509212145.html
相关报告
  • 《先进院研发出新型高效低成本钾离子电池技术》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2017-04-11
    • 近日,中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员及其研究团队成功研发出了一种新型高性能、低成本的钾型双离子电池技术,有望代替现有传统锂离子电池技术并实现产业化。相关研究成果"A Novel Potassium-Ion-Based Dual-Ion Battery"(一种新型钾基离子电池)已在线发表于国际材料顶尖期刊Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201700519,IF=18.96)上。   锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备、储能设备等领域。但随着锂离子电池逐渐应用于智能手机、电动汽车等领域,锂的需求量逐年快速增长,而锂的全球储量有十分有限且分布不均,造成原材料价格上涨迅猛,严重制约了我国低成本、高性能储能器件领域的快速发展。钾元素由于具有和锂相似的物理化学性质,且其储量丰富,成本低廉,且与钠相比具有更低的氧化还原电位,使得基于钾离子的二次电池体系受到广泛关注。   结合钾离子电池与双离子电池各自的优点,唐永炳研究员及其研究生季必发等人成功研发出一种全新的基于钾离子电解液的新型高效、低成本锡-石墨双离子电池。该电池直接采用锡箔同时作为电池负极和集流体,膨胀石墨作为正极;电解液采用廉价易得的六氟磷酸钾作为钾盐电解质溶于有机溶剂中。该新型电池具有较高的能量密度和较长的循环寿命,并且大幅降低了电池的生产成本。该新型电池的反应机理为:充电时,电解液中的钾离子运动到锡箔负极表面,形成钾锡合金,同时六氟磷酸根插层到正极石墨中;放电时,负极上的钾锡合金脱钾,同时正极石墨中的六氟磷酸根脱嵌回到电解液中。研究结果表明,该新型钾基双离子电池在50mA g-1的恒定电流下充放电循环300圈后,仍保持93%的容量;且能量密度可达到155Wh/kg,与现有传统锂离子电池能量密度相当。该研究成果有望代替现有传统锂离子电池技术,并具有巨大的产业化应用前景。   该项研究得到了国家自然科学基金、广东省创新科研团队、广东省科技计划项目、深圳市科技计划项目和国家自然科学基金等项目的资助。      (a)新型钾离子电池反应机理图;(b) Sn-K合金化反应XRD图;(c)电池倍率性能曲线;(g)新型电池循环稳定性测试曲线。
  • 《【 Energy Materials and Devices 】稳定锂离子电池: 钒的作用》

    • 来源专题:新能源汽车
    • 编译者:王晓丽
    • 发布时间:2024-11-11
    • 随着电动汽车和储能系统的需求激增,锂离子电池需要以更低的成本提供更高的能量密度。 虽然磷酸铁锂和镍-钴-锰-氧化锂等传统正极材料被广泛使用,但它们往往无法兼顾性能和经济性。 富锂锰氧化物(LRMOs)因其高容量和无钴成分而成为一种潜在的替代品。 然而,它们的初始库仑效率低和电压衰减快,限制了它们的广泛应用。 要解决这些难题,就必须进行更深入的研究,以稳定锂离子金属氧化物电池,从而实现广泛的商业应用。 2024 年 9 月,广东工业大学罗东和刘晨宇领导的研究团队在 Energy Materials and Devices 杂志上发表了一项研究,标志着锂离子电池技术取得了重大进展。 他们的研究证明了用 NH4VO3 处理富锂阴极材料如何产生掺钒尖晶石层状结构,从而提高初始库仑效率和电压稳定性。 这项简单而有效的改性是朝着提高高能锂离子电池的可持续性和性能迈出的重要一步。 该研究解决了 LRMO 阴极长期存在的两个问题:初始库仑效率(ICE)低和电压衰减快。 研究团队采用 NH4VO3 进行水热处理,将钒引入阴极表面,形成掺钒尖晶石层状结构。 这种创新结构改善了锂离子扩散,减少了表面界面反应,从而稳定了氧氧化还原过程。 值得注意的是,ICE 从 74.4% 跃升至 91.6%,超过了商业化所需的临界值。 除了效率的显著提高,阴极还表现出了令人印象深刻的电压稳定性,在 200 个周期内,每个周期的电压衰减仅为 0.47 mV。 这种改进与抑制不可逆氧释放和形成强 V-O 键有关,它们加强了材料的结构稳定性。 通过解决这些关键挑战,该研究强调了一种有希望提高 LRMO 阴极性能和寿命的方法,使它们更适合高能应用。 研究成果为解决富锂阴极库仑效率低和电压衰减的长期难题提供了一种实用、高效的方法。 通过掺入钒,显著提高了氧化还原稳定性和电压性能,为下一代锂离子电池铺平了道路,以满足电动汽车和可再生能源存储等领域日益增长的能源需求。掺钒的富锂阴极在电动汽车、可再生能源系统和消费电子产品等对电池效率和寿命要求极高的应用领域具有巨大潜力。 效率和稳定性的提高不仅有望通过消除钴来降低成本,还能增强电池的整体性能。 随着这项技术的推广,它将带来更经济、更可持续的能源解决方案,加速全球向更清洁、更高效的能源转变。 原文链接:: Liping Tan et al, V-doped Co-free Li-rich layered oxide with enhanced oxygen redox reversibility for excellent voltage stability and high initial Coulombic efficiency, Energy Materials and Devices (2024). DOI: 10.26599/EMD.2024.9370039