纖維鋰離子電池
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-03
纖維鋰離子電池的視頻教程
關(guān)于 ECM 鋰離子電池、單節(jié)電池和電池組（帶冷卻和不帶冷卻）的 CFD 仿真
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高精度的鋰離子電池建模與仿真
高精度的鋰離子電池建模與仿真主要內(nèi)容： 電池建模的必要性 電池建模所面臨的問題與挑戰(zhàn) 利用測試數(shù)據(jù)建立精確的電池模型 電池模型仿真與應(yīng)用
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纖維鋰離子電池的實(shí)例教程
纖維鋰離子電池因其能夠被編織成各種類型的紡織品，為未來的可穿戴電子設(shè)備提供方便的方式而具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢笠?guī)模生產(chǎn)的限制和較長的纖維中較高的內(nèi)阻被都會(huì)損害電化學(xué)性能。
基于此，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授和陳培寧副研究員發(fā)現(xiàn)了纖維鋰離子電池中纖維的內(nèi)阻與長度之間具有雙曲余切函數(shù)關(guān)系，即隨著長度的增加，它首先下降，然后趨于平穩(wěn)，材料和纖維電極界面穩(wěn)定性得以解決，從而批量化地制備出了具有高安全性和高性能的纖維鋰離子電池。相關(guān)論文以題為“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”于9月2日發(fā)表在Nature。更多精彩視頻，請抖音搜索“材料科學(xué)網(wǎng)”。
據(jù)悉2021年3月10日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授和陳培寧副研究員在Nature上發(fā)表了題為“Large-area display textiles integrated with functional systems”的文章，介紹了聚氨酯離子凝膠集成顯示紡織品的方法，這也是半年內(nèi)該團(tuán)隊(duì)的第二篇Nature。（相關(guān)閱讀：厲害！復(fù)旦大學(xué)《Nature》成果登上《新聞聯(lián)播》）
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03772-0
為了使紡織電池在便攜式和可穿戴電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，必須能夠批量生產(chǎn)柔性、安全和可清洗的纖維電池線軸。一個(gè)主流方向是制造直徑為數(shù)十至數(shù)百微米的纖維鋰離子電池 (FLIBs) 電池，其可以輕松編織成具有足夠容量的可穿戴和透氣紡織品，以滿足各種可穿戴電子設(shè)備的功率需求。在過去十年中都在探討如何制造電化學(xué)性能更好的FLIBs。
展開 首先，研究了Si/C復(fù)合材料在嵌鋰過程中的結(jié)構(gòu)演變，然后研究了嵌鋰過程中鋰的體積變化和擴(kuò)散速率，同時(shí)研究了不同碳層厚度對Li在Si/C復(fù)合材料中擴(kuò)散的影響，揭示了碳材料增強(qiáng)Li在Si中擴(kuò)散速率的機(jī)理。
我們發(fā)現(xiàn)碳層將Li在Si中的擴(kuò)散速率從7.75×10?5提高至2.097×10?4cm2/s.。在簡單混合模型中，鋰離子擴(kuò)散速率增加大約50%，而核殼模型中鋰離子擴(kuò)散速率對碳層的原子結(jié)構(gòu)有較大的依賴性。這些研究結(jié)果為Li在Si/C復(fù)合材料中的擴(kuò)散行為提供了新的認(rèn)識(shí)，揭示了Li在Si/C復(fù)合材料中擴(kuò)散的增強(qiáng)機(jī)制。這種認(rèn)識(shí)有助于鋰電池復(fù)合負(fù)極材料的建模，并指導(dǎo)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保鋰電池的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高能量密度。（文：李澍）
圖1 (a) c-Si和 (b) a-C的原子結(jié)構(gòu)；(c)、(d)和(e)是不同碳層厚度的Si/C復(fù)合材料（Si：紅點(diǎn)；C：灰點(diǎn)；和Li：藍(lán)點(diǎn)）；本研究中的兩種復(fù)合模型：（f）混合模型和（g）核殼模型（亮粒子為c-Si，暗粒子為a-C）
圖2 (a)Si/Si, (b) Si/Li和(c) Li/Li在不同嵌鋰階段的徑向分布函數(shù)；（d）c-Si和（e）a-C嵌鋰后的最終結(jié)構(gòu)；在(d,e)中，粉色、灰色和藍(lán)色分別代表Si原子、C原子和Li原子
圖3 C層厚度為(a)2、(b)3和(c) 4?的Si/C復(fù)合材料（混合模型）在嵌鋰過程中不同模擬時(shí)間下的Li擴(kuò)散的結(jié)構(gòu)快照（粉色、灰色和藍(lán)色分別代表Si原子、C原子和Li原子）
圖4 C層厚度為(a)2、(b)3和(c) 4?的Si/C復(fù)合材料（核殼模型）在嵌鋰過程中不同模擬時(shí)間下的Li擴(kuò)散的結(jié)構(gòu)快照。
展開 蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，領(lǐng)先材料公司Lyten推出LytCell EV?鋰硫電池平臺(tái)。這一電池創(chuàng)新針對電動(dòng)汽車市場進(jìn)行優(yōu)化，其設(shè)計(jì)旨在提供三倍于傳統(tǒng)鋰離子電池的重量能量密度。
（圖片來源：Lyten公司）
該鋰硫架構(gòu)基于Lyten 3D石墨烯?（Lyten 3D Graphene?），其重量能量密度有望達(dá)到900 Wh/kg，明顯超過傳統(tǒng)鋰離子電池和固態(tài)電池。Lyten硫磺籠?（Lyten Sulfur Caging?）是LytCell? 電池中使用的一項(xiàng)技術(shù)，通過阻止“多硫化物穿梭”來釋放硫的性能潛力。穿梭效應(yīng)影響電池電動(dòng)汽車的使用壽命，一直阻礙著鋰硫電池在電動(dòng)汽車中的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)美國國防部（DoD）測試協(xié)議，LytCell?原型設(shè)計(jì)已證明超過1400次循環(huán)。
該公司首席執(zhí)行官Dan Cook表示：“LytCell EV?電池的性能、續(xù)航里程和安全性都得到了改善。通過提供最環(huán)保的電池和符合《美墨加協(xié)議》（USMCA）的供應(yīng)鏈，我們相信汽車制造商將更有信心實(shí)現(xiàn)電氣化藍(lán)圖。”
展開 來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問題不斷加劇，對清潔能源替代品的需求持續(xù)增長，電動(dòng)汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點(diǎn)，使電動(dòng)汽車(EV)行業(yè)迎來了大幅增長。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動(dòng)汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資。近年來，電動(dòng)汽車越來越受歡迎，為人們提供更多的舒適性和節(jié)省成本。
02
成果掠影
近期，韓國嶺南大學(xué)Gyu Sang Choi和Sung Chul Kim老師團(tuán)隊(duì)分析了各種電池熱管理系統(tǒng)(TMS-Bs)冷卻方法及其在可行性、成本和壽命方面的優(yōu)缺點(diǎn)，討論了熱失控(TR)機(jī)制，模型和策略，以減輕TRS問題。有效的TMS-B可以減輕電池的TR，并提高其性能和壽命。總體而言，TMS-B對于維持電動(dòng)汽車中使用的LBS的最佳溫度范圍至關(guān)重要。一個(gè)有效的TMS-B可以減輕TR，并提高性能和壽命，然而，需要進(jìn)一步研究TMS-B的結(jié)構(gòu)、工作介質(zhì)、流道尺寸和液體填充能力，同時(shí)更好地理解電池、模塊和包裝如何應(yīng)對快速充電情況是十分必要的。
展開 本田研究所（Honda Research Institute）科學(xué)家正與加州理工學(xué)院（Caltech）和美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的研究人員合作，一起研發(fā)了一種新型電池化學(xué)物，可比現(xiàn)有電池中采用的材料能量密度更高、更環(huán)保。
研究團(tuán)隊(duì)通過克服目前氟離子電池（FIB）技術(shù)的溫度限制，演示氟離子電池在室溫下操作的過程，為研發(fā)能夠滿足快速增長儲(chǔ)能需求的高能量密度電池開辟了新機(jī)會(huì)。
本田研究所首席科學(xué)家Christopher Brooks博士表示：“氟離子電池提供了一種前景廣闊的新型電池化學(xué)物質(zhì)，其能量密度是目前鋰電池的十倍。與鋰離子電池不同，氟離子電池不會(huì)因過熱而造成安全風(fēng)險(xiǎn)，而且獲得氟離子電池原料所產(chǎn)生的環(huán)境影響遠(yuǎn)小于提取鋰和鈷造成的環(huán)境影響。”
氟離子電池提供了一種具吸引力的替代方案，可以替代其他類型的高能量電池，例如基于鋰或金屬的氫化物化學(xué)的電池，此類電池通常受到電極固有特性的限制。由于氟的原子質(zhì)量低，基于該元素的可充電電池的能量密度非常高，理論上比鋰離子電池高10倍。但是，雖然氟離子電池被認(rèn)為是“下一代”高能量密度儲(chǔ)能設(shè)備，但是受溫度要求的限制。
目前，固態(tài)氟離子電池需要在150攝氏度以上的高溫下工作，才能使電解質(zhì)具導(dǎo)電性。為了解決該問題，研究人員找到一種方法，使氟離子電池能夠在室溫下工作。研究人員利用溶解在有機(jī)氟化醚溶劑中的干燥的四烷基銨氟化物鹽開發(fā)出了此種電解質(zhì)，當(dāng)與具有銅、鑭和氟的核殼納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合陰極配對使用時(shí)，研究人員證明了室溫下可逆的電化學(xué)循環(huán)。
未來，氟離子電池可為電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，該電池容量高的特性使其成為電力產(chǎn)品的理想選擇。
來源：蓋世汽車網(wǎng)
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纖維鋰離子電池的最新內(nèi)容
[圖片]
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實(shí)例，包括了陽極/陰極/電解質(zhì)和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計(jì)算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴(kuò)散所引起的物理性質(zhì)變化的實(shí)例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質(zhì)
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著社會(huì)向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，未來幾十年電池行業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)量級的增長。電池的生產(chǎn)用途廣泛，每種用途都有特定的電力需求，從電力電子設(shè)備、啟動(dòng)電池設(shè)備到各種儲(chǔ)能設(shè)備。由于其卓越的能量密度、較長的循環(huán)壽命和較低的自放電率，鋰離子電池已成為儲(chǔ)能技術(shù)的首選。然而，鋰離子電池的效率
鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實(shí)例，包括了陽極/陰極/電解質(zhì)和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計(jì)算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴(kuò)散所引起的物理性質(zhì)變化的實(shí)例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2
3 總結(jié)和展望
在鋰離子電池的研究中，仍存在許多科學(xué)問題尚未解決，這些問題嚴(yán)重影響著鋰離子電池的安全性能和使用壽命。例如，鋰枝晶的生長演化、SEI膜的形成和破裂演化、正極顆粒在循環(huán)中的破裂、電池壽命預(yù)測、熱失控、以及電池組的電池狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測和管理等問題。這些問題涉及到電場、濃度場、力場和溫度場等多個(gè)物理場之間的耦合，很難通過單一的實(shí)驗(yàn)表征手段對各個(gè)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分別觀測，更難以給出多場耦合的綜合結(jié)果
摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，還與制造工藝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步息息相關(guān)。目前電池制造廠商針對不同體系的電池工藝開發(fā)多采用窮舉法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)，在工藝仿真技術(shù)方面還存在較大的發(fā)展空間。面向電池高質(zhì)量制造發(fā)展和數(shù)智化升級的行業(yè)發(fā)展趨勢，本文結(jié)合宏觀電池制造設(shè)備和微觀電池電極結(jié)構(gòu)兩個(gè)角度，對電池制造工藝仿真研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，分析了各工序工藝仿真技術(shù)機(jī)理研究、結(jié)構(gòu)發(fā)展及應(yīng)用前景
來源 | 電源技術(shù)
作者 | 楊朝蓬，張寧，段志宇
單位 | 中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
摘要：鋰離子電池作為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池首選，維持其工作在最佳溫度范圍需要應(yīng)用散熱系統(tǒng)。針對常用的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)，闡述了不同類型的特點(diǎn)，綜述了國內(nèi)外在電池內(nèi)部流道、進(jìn)出風(fēng)口結(jié)構(gòu)、冷卻空氣流體參數(shù)等方面開展的仿真與實(shí)驗(yàn)研究，以及采用優(yōu)化算法和優(yōu)化策略，改善電池內(nèi)部溫度和溫差的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內(nèi)能源危機(jī)的出現(xiàn)，并在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，鋰離子電池獲得了蓬勃發(fā)展，然而電池?zé)崾Э乇挥鳛橥{電池安全的“癌癥”，是制約電動(dòng)汽車與新型儲(chǔ)能規(guī)模化發(fā)展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池?zé)崾Э匮葑儥C(jī)制，并提出早期預(yù)警策略以防止火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生
來源：ELSEVIER
清華大學(xué)歐陽明高院士團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)性地研究了老化路徑對鋰離子電池?zé)崾Э匦袨榈挠绊?研究成果在eTransportation國際交通電動(dòng)化雜志上發(fā)表。題為“A comparative investigation of aging effects on thermal runaway behavior of lithium-ion batteries”。
1.背景介紹
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
由于全球變暖問題不斷加劇，對清潔能源替代品的需求持續(xù)增長，電動(dòng)汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點(diǎn)，使電動(dòng)汽車(EV)行業(yè)迎來了大幅增長。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產(chǎn)小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動(dòng)汽車制造商在電池領(lǐng)域進(jìn)行更多的投資
