氟離子電池的案例
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 這個新發明的電池牛逼了～
來源：快科技 癮工廠
當前制約著電動車發展的主要因素，就是動力電池。雖然鋰離子電池具有較高的能量密度，但對于車用電力電池來說，鋰電池還存在著一定的短板。
為此，日本某公司也開始另辟蹊徑，研發氟離子固態電池，能夠以更小的體積，承載更大的電池容量。
日前，據外媒報道，豐田和京都大學（Kyoto University）研究人員正在聯合開發新一代電池技術。其正在研究的新型氟離子電池，單位重量的能量大約是傳統鋰離子電池的7倍，可以讓電動汽車一次充電行駛1000公里。
并且，該研發團隊已經開發出了一種，基于氟的可充電固態電池原型。該電池原型具有更高理論上的能量密度，這能夠使其續航時間比當前的鋰離子電池長7倍。
此外，研究人員用固體電解質，來代替鋰離子電池中通常使用的液體電解質。這種固態電池最大的優勢就是不會著火，工程師們可以著力增加電池的充放電效率，而不用擔心電池過熱或起火自燃。
氟離子電池也面臨著不小的挑戰，就是其智能在高溫下工作，只有固態電解質被充分加熱時，氟離子才會向極化電極移動，而這可能會導致電池電極膨脹。
不過，京都大學和豐田研究小組稱，他們已經找到了一種防止電極膨脹的方法，即用鈷、鎳和銅的合金制造電極。但是，實際情況還需后續驗證。
雖然當前，人們對于氟離子電池的希望越來越大，但是它們暫時還不會進入市場。鋰離子電池的原型在1985年被開發出來，但是直到1991年才開始商業化。
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 
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。”
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 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 鋰離子電池膨脹仿真
大多數鋰離子電池模型都利用了多孔電極的均質域公式，同時求解同一域中的電極相電位和電解質相電位，并通過使用源項來定義電極反應。在這些模型中，使用額外維度模擬鋰擴散到固體電極粒子中，該維度表示電極中某一特定位置的平均粒子。在計算量相對較小時，這種建模方法具有很大優勢，大多數模型都可以僅用一維公式來表示電極厚度 （加上用于定義粒子擴散維度的額外維度）。但是，使用上述方法無法捕捉到某些現象。例如，上述粒子擴散模型本質上假定為笛卡爾對稱、圓柱形對稱或球形對稱，因此不允許模擬非常規粒子形狀的影響，也不允許模擬微觀和宏觀孔隙分布的影響。如果不對多孔電極執行均質化處理，而是在模型幾何中包含多孔電極的結構細節。這種模型稱為異構模型。本節描述使用三維幾何模擬的鋰離子單電池的特性，模型來自于層析成像數據，此模型可更真實的模擬電極狀態。在異構模型的基礎上，還可以將粒子中的鋰濃度分布與 “固體力學”接口中相應的體積膨脹以及由此產生的 von Mises 應力進行耦合，研究充放電此過程中鋰離子脫嵌導致的電芯膨脹。
展開 世界首艘鋰離子電池潛艇在日本下水，而電池供應商給出過事的波音787供過……
和前10艘同型艇所不一樣的是，該艇取消了被稱為常規潛艇戰力倍增器的AIP不依賴空氣推進系統，改為使用日本湯潛技術公司(GYT)最新研發的鋰離子聚合物電池（現在很多小型的超薄充電寶就是鋰離子聚合物電池，它和鋰離子電池雖然都叫鋰電池，但實際上有區別）來為潛艇水下潛航提供動力和電力。據悉這種鋰電池組是湯潛公司于今年3月份剛剛投入量產的新產品，而按照設計它們被安裝在凰龍號的艇底，充滿電后能夠長時間的支持蒼龍級潛艇在水下以20節的最大航速持續航行。
“
其實電池這種儲電設備在艦船上的使用時間已經有上百年了，而潛艇這種主要在水下作戰的裝備相比于水面艦艇而言，對電池的依賴又要更大一些。
”
在鋰電池技術成熟之前的數十年里，潛艇主要使用的都是已經發展的非常成熟的鉛酸電池，這種電池最早是1901年由英國的CHLORIDE公司使用在HOLLANⅠ型潛艇上，之后由于其具備技術成熟、性能可靠且廉價的優點，所以直到現在都仍然是各國潛艇使用的主要電池。但是鉛酸電池的缺點也很明顯，那就是它的體積和重量太大，而儲電比能卻又很低，所以不僅效率低下，而且要充滿電很費時間，再加上它里面的電解液涉及到硫酸這些危險化工產品，所以維護起來也非常的費勁和不安全。
如果要增加潛艇水下航行的持續性和隱蔽性，那么提高電池的儲電能力和效率也就變得非常重要，這幾十年來，各國技術人員絞盡腦汁，除了不斷改進鉛酸電池外，也在嘗試一些新的電池，比如在冷戰期間美國人就用大青花魚號潛艇就試驗過銀鋅電池，這種電池性能的確比常見的鉛酸電池好，但由于要使用到大量的貴金屬“銀”，所以成本太高，部隊受不了，據悉當時研制銀鋅電池所耗費的銀還是從國庫借的。
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小）。
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
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，請與我們聯系。
展開 鋰離子動力電池壽命預測的研究進展
由于公眾號很多朋友留言對鋰離子動力電池的興趣，期望可以對動力鋰離子電池相關技術進行更多學習，本公眾號秉持著非盈利且對知識分享的想法，對福建農林大學的劉嘉、晏裕康等撰寫的文章《鋰離子動力電池壽命預測的研究進展》進行分享，更多詳情請感興趣的朋友可以從知網或其他平臺中及電源技術期刊下載完整文章，文章DOI
號為《
10.3969/j.issn.1002-087X.2022.02.005
》。
文章分享如下，
鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、自放電率低、無記憶等優點。但是鋰離子電池循環壽命短的問題制約了電動汽車的應用與推廣，所以有必要對鋰離子電池循環壽命的影響因素進行分析，同時對鋰離子電池的健康狀態(SOH)估計進行評估，對其壽命進行預測，對系統安全、防止災難事故有著重大意義。
1、影響因素
鋰離子電池壽命的影響因素主要包括：外部影響因素，例如荷電狀態、溫度、充放電倍率、電池單體的不一致性、電池內阻等；電池內部的老化，造成鋰離子電池性能降低和剩余容量衰減。
展開 COMSOL Multiphysics在鋰離子電池中的應用（下）
3 總結和展望
在鋰離子電池的研究中，仍存在許多科學問題尚未解決，這些問題嚴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、正極顆粒在循環中的破裂、電池壽命預測、熱失控、以及電池組的電池狀態實施監測和管理等問題。這些問題涉及到電場、濃度場、力場和溫度場等多個物理場之間的耦合，很難通過單一的實驗表征手段對各個驅動力進行分別觀測，更難以給出多場耦合的綜合結果。COMSOL Multiphysics提供了一個高效、便利、可行的工具，通過內置的模型和物理場，大大簡化了多場耦合復雜模型的建立，并可以自動解析偏微分方程，對于給定的物理現象、演化過程和邊界條件，進行定量化展現，最終將電池中的各種空間分布和時間演化的現象、多驅動
力共同作用下的演變機理，可視化地呈現在人們眼前。本文綜述了COMSOL Multiphysics在電解質、正極、負極、界面和電池組等不同尺度研究中的應用，如圖9所示：在微觀尺度上，是以納米和微米顆粒來建模并分析其中的物理問題，如正極材料內的離子/電子的擴散、空間電荷層的分布、SEI的電場分布、顆粒內的電化學應力等問題；在介觀至宏觀的空間尺度上，是以微型電池和電池內部組件(正極、電解質、負極)來建模，該尺度上涉及包括鋰離子的通量分布、鋰枝晶的生長、鋰沉積產生的應力、厚電極中的極化、SEI的形貌演化和鋰離子的擴散和遷移等問題；在更宏觀尺度上，是以電池組來建模，分析電池熱膨脹、電池熱失控、電池散熱系統、電池壽命的估算以及電池安全檢測等問題。
圖9 利用COMSOL Multiphysics模擬電池中的多尺度問題。
電池中的空間分布和時間演化問題在實驗上往往難以進行準確的表征。
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