鋁離子電池的案例
Saturnose或率先實現鋁離子電池商業化 Ea2I可單次續航1200公里
蓋世汽車訊 據外媒報道，印度Saturnose公司將發布其增強型鋁離子(Ea2I)電池化學的獨立測試結果，并計劃明年推出一款固態可充電鋁電池。據稱，這將是全球首款商用鋁離子固態電池，旨在進一步取代鋰離子電池中的有害化學成分。
（圖片來源：Saturnose）
這種新化學組成的體積能量密度超過1500Wh/L，重量能量密度有望達到600Wh/kg以上。據介紹，一組150kW的固態鋁離子電池的重量為565kg，可為電動汽車提供1200km的單次充電續航里程，并可持續至少2萬次充放電循環（相比之下，鋰離子的最高充放電循環次數為5000次），在車輛使用過程中，可提供長達15年的穩定使用壽命。
Dana風險投資基金創始人Ghayad Eid表示：“這項實驗和研究演變成一個工業過程，將鋁轉化能達到最佳電子密度的合金。”
Ea2I系統使用高能、改變(altered)和無序的巖鹽結構作正極，目前正在對其原型進行測試。Eid表示：“當前的每千瓦鋰離子電池，如能承受高達2000次循環，可在150℃內工作，那么這種鋁離子每千瓦至少可以承受5000次循環，工作溫度高達350℃，而且成本要低得多?！?在獲得專利的Ea2I化學工藝中，使用混合納米技術來開發快速充電電極和電解質，采用鋁和鈮，以及固態電解質。Ea2I化學不使用鈷或鎳，不會出現鋰離子電池的枝晶生長和熱失控火災問題，向固態鋁離子電池又邁進了一步。據稱，這使其比鋰離子電池技術的成本要低50%，而且具有更高的能量、容量、循環和電池壽命。
目前，鋁離子電池的潛力已多次得到證實，但尚未進行商業測試。
展開 超級電池來了 浙大研發新材料電池1.1秒充滿電
浙江大學科學家用石墨烯膜作為正極材料，研發出一種新型的鋁-石墨烯電池。這種電池壽命超長，能在極短時間內充滿電，在零下40℃到120℃的溫度范圍內都能正常工作。這項創新為鋁離子電池的實用化指出了重要方向。
鋁離子電池是一種優秀的新型電池，其實用化的關鍵是找到合適的正極材料。浙大高分子系高超教授課題組選擇石墨烯這一神奇材料，以創新工藝制備成獨特的石墨烯膜作為正極材料，大大提升了鋁離子電池的整體性能，與現在主流的鋰電池和超級電容器相抗衡的遠景十分看好。相關論文日前發表于國際著名期刊《科學進展》。
“電池的容量，表現出來就是其續航能力。一般電池隨著反復充放電，電容量會不斷降低，這就是我們說的‘不耐用’?！备叱f，“鋁-石墨烯電池在這一點上則表現優異。這種電池經歷25萬次充電—放電循環，充放電效率仍高達91%，容量損失很小?！币簿褪钦f，如果智能手機用上這種電池，每天哪怕充電10次，也能用上近70年。
這種鋁-石墨烯電池的倍率性能也非常優異，表現為在大電流下可以快速充電，同時保持較高的比電容量?！艾F在一些智能手機也有快充功能，看似電池很快充滿了，實際續航時間并不長。”高超說，而這種新型電池現在的實驗室數據是1.1秒就能充滿電，比電容量損失輕微。“未來如果用到手機上，充電5秒鐘通話2小時是完全可能的?！? “鋁-石墨烯電池在倍率性能、循環壽命上不輸超級電容器，遠超鋰電池。在能量密度上雖和鋰電池尚有差距，但明顯超過超級電容器?！备叱f，面對鋰電池和超級電容器這兩個對手，鋁-石墨烯電池分別表現出了特定的優勢，可以稱為“超級電池”。
鋁-石墨烯電池還有一些當前其他電池無可匹敵的特性。低溫至零下40℃，鋁-石墨烯電池仍能穩定充放電1000次，高溫至100℃，穩定充放電45000次，即使電芯暴露于火焰中也不會起火或爆炸。
展開 PID光離子化傳感器在鋰電池漏液快速檢測中的應用
隨著聚合物電池工藝發展和客戶要求的不斷提高，漏液已經成為聚合物電池質量控制難點，也是產品質量核心競爭力的載體，如何防止漏液電池產生，并可能杜絕漏液電池流出到客戶端，成為各電池廠家競爭的一個重要方面。然而，針對聚合物電池的漏液問題，各廠家都沒有有效的方法檢驗，開發一種能夠判斷電池是否漏液的方法，對聚合物電池漏液檢測有實際意義。
“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展，現在鋰電池已經成為了主流。
鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現在只有少數幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。
聚合物鋰電池漏液概念
聚合物鋰離子電池鋁塑包裝殼破裂、封裝密封性差、腐蝕開裂的情況下，其內部的電解液漏出，同時外部空氣進入電池體內，引起電池鼓氣的現象，漏液被客戶定義為不符合條件類型。
鋰電池漏液檢測方法方案介紹
為了防止聚合物電池出現漏液的問題，工程技術上一方面改進封裝方法，提高封裝密封性能，另-方面改進檢驗漏液的方法，一般有以下幾種檢驗電池是否漏液的方法:
1、外觀檢查，通過100%的人工檢驗，觀察是否有電解液流出和電池外觀變形等。這種方法是傳統的方法，也是在現實中容易操作的，但依賴人員的檢出力，其防呆性能較差。這就是原有的檢測方法。
展開 《ACS AMI》：鋰離子電池Si/C復合負極中鋰離子擴散機理的探討
本項工作中研究者用密度泛函理論研究了Li在簡單混合模型和核殼模型的Si/C復合材料中的擴散行為，揭示了Li在Si/C材料中的擴散增強機制，這有助于指導鋰電池負極材料的結構設計。
Si/C復合材料是目前最有商業前景的負極替代材料之一，通過Si和C材料的結合，可以獲得相當高的容量（高達2000mAh/g），并且碳材料的緩沖效應和高導電性分別提高了機械穩定性和耐久性，然而，與純負極材料相比，Si/C復合材料在Li、Si和C之間產生了額外的界面，這使得在原子尺度上發生的電化學機制更加復雜。
來自北卡羅來納大學夏洛特分校的研究人員通過第一性原理研究Li在Si/C復合材料中的擴散特性，針對簡單混合模型和核殼模型提供了Li在Si/C復合材料中擴散機理的基本思路，有助于指導下一代負極材料的設計和開發。相關論文以題目為“Insights into the Li Diffusion Mechanism in Si/C Composite Anodes for Lithium-Ion Batteries”發表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.1c03366
近年來，人們對儲能技術的需求迅速增長，對鋰離子電池的高能量/功率密度、安全性和耐久性提出了更高的要求。硅或含硅材料由于其超高的理論容量(～4200 mAh/g）、低成本、來源豐富而被認為是下一代鋰離子電池負極最有希望的候選材料之一。然而，硅負極在充放電過程中的體積變化會導致電極結構的斷裂，進而導致安全問題、容量損失和有限的電池壽命周期。
展開 
采用電池冷卻方法的鋰離子電池熱管理策略：現狀與挑戰
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增長，電動汽車電池憑借高效率、安全性和可靠性等特點，使電動汽車(EV)行業迎來了大幅增長。然而，這些電池也存在一些限制因素，盡管生產小型、安全、高性能、和可靠的電池有困難，但這也迫使電動汽車制造商在電池領域進行更多的投資。近年來，電動汽車越來越受歡迎，為人們提供更多的舒適性和節省成本。
02
成果掠影
近期，韓國嶺南大學Gyu Sang Choi和Sung Chul Kim老師團隊分析了各種電池熱管理系統(TMS-Bs)冷卻方法及其在可行性、成本和壽命方面的優缺點，討論了熱失控(TR)機制，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對于維持電動汽車中使用的LBS的最佳溫度范圍至關重要。一個有效的TMS-B可以減輕TR，并提高性能和壽命，然而，需要進一步研究TMS-B的結構、工作介質、流道尺寸和液體填充能力，同時更好地理解電池、模塊和包裝如何應對快速充電情況是十分必要的。
展開 研發氟離子電池 能量密度比鋰電池高10倍
本田研究所（Honda Research Institute）科學家正與加州理工學院（Caltech）和美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的研究人員合作，一起研發了一種新型電池化學物，可比現有電池中采用的材料能量密度更高、更環保。
研究團隊通過克服目前氟離子電池（FIB）技術的溫度限制，演示氟離子電池在室溫下操作的過程，為研發能夠滿足快速增長儲能需求的高能量密度電池開辟了新機會。
本田研究所首席科學家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物質，其能量密度是目前鋰電池的十倍。與鋰離子電池不同，氟離子電池不會因過熱而造成安全風險，而且獲得氟離子電池原料所產生的環境影響遠小于提取鋰和鈷造成的環境影響?！?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為是“下一代”高能量密度儲能設備，但是受溫度要求的限制。
目前，固態氟離子電池需要在150攝氏度以上的高溫下工作，才能使電解質具導電性。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氟化醚溶劑中的干燥的四烷基銨氟化物鹽開發出了此種電解質，當與具有銅、鑭和氟的核殼納米結構的復合陰極配對使用時，研究人員證明了室溫下可逆的電化學循環。
未來，氟離子電池可為電池驅動的電動汽車提供動力，該電池容量高的特性使其成為電力產品的理想選擇。
來源：蓋世汽車網
展開 本田研發出新電池技術 能量密度是鋰離子電池10倍
據汽車新聞網站Left Lane News報道，本田一科學家團隊表示已經研發出了一種新型電池技術，能量密度是鋰離子電池技術的10倍以上，今后新技術可以代替鋰離子電池，成為電動汽車能量來源的新選擇。
本田研究所（Honda Research）、加州理工學院（California Institute of Technology）與NASA噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Lab）的科學家們周四宣布，他們研發出了一種更為溫度穩定型的氟化物離子（fluoride-ion）電池技術。新技術生產的電池不僅是當前鋰離子電池能量密度的10倍以上，而且它還可以更好的適應環境。
氟化物離子電池技術其實并不是新技術，但是本田及其合作伙伴研發出了該技術的一種更為穩定版本。先前的氟化物離子電池技術的運行溫度需要超過300度；而本田研發的氟化物離子電池技術在室溫條件下即可有效運轉。此外，技術所需的原料可以從土地中直接提取，環境影響非常小。
本田研究所首席科學家克里斯托夫·布魯克斯博士（Dr. Christopher Brooks）表示：“氟化物離子電池技術提供了一種前景可觀的全新電池化學技術，其能量密度要比現有鋰離子電池高10倍之多。與鋰離子電池相比，氟化物離子電池并不用擔心過熱的問題，對原料提取也沒有太多的要求，與鋰和鈷等電池原料的獲取相比，其環境影響非常的小。”
雖然技術還需要繼續改進，但是本田認為氟化物離子電池技術將是未來技術，可以應用于電動汽車以及其他更小的能源產品。
來源：網易汽車
展開 Lyten推出下一代鋰硫電池 能量密度是傳統鋰離子電池的三倍
蓋世汽車訊 據外媒報道，領先材料公司Lyten推出LytCell EV?鋰硫電池平臺。這一電池創新針對電動汽車市場進行優化，其設計旨在提供三倍于傳統鋰離子電池的重量能量密度。
（圖片來源：Lyten公司）
該鋰硫架構基于Lyten 3D石墨烯?（Lyten 3D Graphene?），其重量能量密度有望達到900 Wh/kg，明顯超過傳統鋰離子電池和固態電池。Lyten硫磺籠?（Lyten Sulfur Caging?）是LytCell? 電池中使用的一項技術，通過阻止“多硫化物穿梭”來釋放硫的性能潛力。穿梭效應影響電池電動汽車的使用壽命，一直阻礙著鋰硫電池在電動汽車中的實際應用。根據美國國防部（DoD）測試協議，LytCell?原型設計已證明超過1400次循環。
該公司首席執行官Dan Cook表示：“LytCell EV?電池的性能、續航里程和安全性都得到了改善。通過提供最環保的電池和符合《美墨加協議》（USMCA）的供應鏈，我們相信汽車制造商將更有信心實現電氣化藍圖?！?/span>
展開 湖南工大廖海洋博士等：基于雙交聯/網絡結構的環氧基功能化聚離子液體電解質助力鋰離子電池
圖2 PIL-PEI的熱穩定性與電化學性能研究：(a) 熱穩定性; (b-c) 阻燃性; (d-f) 電解質電化學性能; (g-i) 電解質的電池應用性能
（圖片來源：Chem. Eng. J.）
而在不同倍率性能測試中，當電流密度增加至5 C后，其依舊可達到87.1 mAh g-1可觀的放電比容量（圖2）。此外，由此電解質組裝的軟包電池在不同程度的破壞條件下，依舊可成功點亮LED燈，這一現象證明了以PIL-PEI為電解質的軟包電池在柔性/可穿戴設備上有潛在的應用前景（圖3）。
圖3 PIL-PEI軟包電池應用情況
（圖片來源：Chem. Eng. J.）
基于上述工作，研究者將1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺(EMIm-TFSI)固定于交聯環氧聚離子液體和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)的雙網絡中（圖4），制備出一種強柔韌、不燃的高離子導電性雙網絡離子凝膠電解質(DN-Ionogel)。
圖4 DN-Ionogel的合成示意圖
（圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces）
得益于雙網絡結構，DN-Ionogel可以承載300 wt%的EMIm-TFSI且不發生流失，同時不犧牲其力學性能，從而產生高達1.8 mS cm-1的高離子電導率。將制備好的DN-Ionogel電解質組裝成LiFePO4的半電池，該電池在0.5 C的電流密度下其初始放電比容量為150.5 mAh g-1，庫侖效率為99%。在經過200次循環后，其放電容量仍然保持初始放電容量的98%，同時還有98%的庫侖效率。
展開 COMSOL鋰離子電池老化模型
在做老化仿真的時候，COMSOL算著算著就會在某一時刻報錯，而且同一仿真條件下，報錯時間還有可能不同，報錯具體信息如下：
于是我檢查了循環過程中電極SOC、孔隙率以及膜厚膜組變化，如圖：
感覺都挺正常的，但模型就是沒辦法正常計算，有沒有懂行的老哥指導一下
卷繞鋰離子電池仿真
為了詳細研究卷繞電芯充放電過程中的溫度場分布，電流密度分布，析鋰電位分布等特征，建立了1：1全三維電化學-熱偶合模型，通過分析發現，卷繞電芯側邊析鋰電位分差異較大，原因是側邊的卷繞結構導致NP比發生變化，當電芯充電時，NP比小的一側極易析鋰，通過此模型可以解釋邊緣析鋰問題。由于模型采用全三維結構，可以對電芯過流能力、電位分布等進行準確分析。
鋰離子電池知識介紹
聲明
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鋰離子電池的仿真模擬
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例，包括了陽極/陰極/電解質和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態電池的固體電解質中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質變化的實例。
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 LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數。
4．評估溶解鋰鹽的溶劑的相對介電常數。
5．電極漿料涂覆
圖 1 固體電解質 LZP 結構（左）和不同溫度下擴散系數的 Arrhenius 圖（右）
圖 2：用于陽極的石墨（左）和吸附鋰的 LiC6（右）之間的電子態密度差異
隨著全固態電池的商業化快速發展，電動汽車電池的研究和開發正轉向探索更多材料的可能性。因此，從探索各種材料（包括所有固態電解質）的角度來看，人們對材料模擬的期望越來越高。欲獲取全文鏈接：www.anscos.com
展開 鋰離子電池膨脹分析
鋰離子電池作為電化學儲能的載體，在使用過程中不斷發生化學反應，導致鋰離子電池的內部結構和外部形狀發生變化。鋰離子電池在多次充放電循環過程中，一系列的物理化學變化會在電池內部形成壓力效應。
鋰離子電池膨脹分為可逆膨脹和不可逆膨脹：鋰離子的嵌入和脫嵌導致電池材料的膨脹與收縮引起的可逆膨脹；不可逆的反應沉淀物導致電池電極體積增加永久膨脹。實際工程應用中，鋰離子電池內部顆粒膨脹最終表現為宏觀的電芯體積變化，因而可以從電芯層級的膨脹入手，可減小模型的復雜程度。
那么如何測量電芯膨脹？
現階段常規方法是用千分尺測量電芯厚度變化，或者精確一點設備就是激光位移測量。
如何確定電芯膨脹系數？
在很多學者研究中，可將電芯膨脹和熱膨脹類似，因此模擬采用了熱膨脹分析，那么電芯膨脹系數的獲得就是熱膨脹系數的獲得，需要注意的是電芯膨脹包含了鋰離子嵌入負極產生的膨脹和熱膨脹兩方面。涉及內容很多，這里一時說不完。常規的實驗做法是測量電芯在充電在厚度方向的應變，同時觀測電芯溫升，有了這兩方面數據就可以得出等效熱膨脹系數，這是有研究論證的。
涉及學科：要做到精確的電芯膨脹那就涵蓋了電化學、熱、結構這三方面，電化學分析主要分析電芯內部反應變化，可獲得精確熱量分布；熱分析就是要確定電芯溫度分布，電芯實際發熱是不均勻的，特別是成組后；結構分析就是強度這些了
總之，膨脹對現在大容量電芯影響較大，特別是成組后，需要有合適的熱管理和結構防護。
展開 如何看待鈉離子電池的發展？
周末最熱鬧的是有關于鈉離子電池的討論，在寧德拋出自己的鈉離子電池已經成熟以后，7月要發布產品以后，基本以一己之力帶動了這個方向的投入。如下圖所示，按照我們原有對于動力和電化學儲能電池的理解，歐盟“電池2030” 未來重點發展的電池體系，包括鋰離子電池（Gen3、Gen4和Gen5）、非鋰離子電池（鈉離子是一個很前的順序）和未來新型電池，這里單把鈉離子電池拉出來成熟，就有點出人意料了。
圖1 歐洲電池2030年的計劃
鈉離子電池同樣是在上個世紀七十年代末期鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時開展研究，從應用范圍和成熟度來看，鋰離子電池占據了很好的卡位，從當下來看，鈉離子電池主要的應用潛在領域是在儲能領域
圖2 鋰電子電池和鈉離子電池的對比（出自From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries: Challenges and Opportunities）
在中國公司進入以前，在這個研究領域主要有歐美日幾個創業企業來嘗試和探索，我們大致可以梳理一下歐洲的企業運行情況，主要有兩家公司英國Faradion Limited和法國TIAMAT SAS。
1）Faradion
這家初創公司成立于2011年，主要在2017年發布產品設計，然后和鋰電池企業談合作。下面是他們工程設計的一些產品（正極材料為Ni、Mn、Ti基O3/P2型層狀氧化物，負極材料采用硬碳），主要做一些儲能和電動自行車裝車嘗試（這個電池容量也比較?。?/span>
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