聚氧化乙烯(PEO)基固体电解质具有成本低、对锂稳定、易于大规模生产等优点, 是固态锂电池最有前途的固体电解质。然而, PEO对高压正极不稳定, 严重限制了其在高能量密度领域的应用。本研究在LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM)正极颗粒上部分包覆环化聚丙烯腈(cPAN)纳米层作为电子导电层, 在NCM/PEO界面上引入离子液体作为离子导电通道, 用以提高PEO与高压NCM正极的相容性。其中, cPAN层不仅在物理上隔离了PEO电解质与NCM正极的直接接触, 而且cPAN中具有非局域的sp2 π键, 有助于正极内部的电子传输。同时, 高离子电导率的离子液体的流动性较高, 可以充分润湿正极侧界面, 并在循环过程中分解为富LiF和Li3N的CEI层, 进一步限制PEO电解质的氧化分解。基于上述复合策略的固态NCM/Li电池可在0.1C (1C=0.18 A·g-1), 4.30 V截止电压下稳定循环100次, 且容量保持率可达85.3%。本研究通过表面包覆和界面修饰, 为提高PEO基电解质对高压正极的稳定性提供了可行方案。
聚氧化乙烯 环化 高电压正极 界面工程 固态锂电池 poly(ethylene oxide) cyclization high-voltage cathode interface engineering solid-state lithium battery
1 华中农业大学工学院, 湖北 武汉 430070
2 漯河食品职业学院汽车工程系, 河南 漯河 462300
为提高锂电池温度在线监测能力, 通过双路解调方案构建分布式拉曼光纤温度测试系统, 采用外部触发方式, 实现相互协调的工作状态。温度测试结果表明, 常温状态下系统各通道距离10 m范围的温度精度达到±1 ℃。经过8次测试后温度值误差均在0.17 ℃内, 表明系统常温条件下可以保持良好的稳定性, 满足设计条件。该系统能够满足锂电池的测温要求, 能够对锂电池局部温度异常情况进行准确反馈, 有效预防锂电池各类事故。10 m传感距离内行程误差最大值只有2 m, 符合锂电池测温要求。模拟试验测试结果表明, 该系统能够对故障进行准确辨别与定位, 表明系统具备优异的分布式测试性能。DTS系统可以达到±1 m的分辨能力, 可以快速响应锂电池故障引起的温度变化。
锂电池 温度 在线监测 系统设计 测试 lithium battery temperature online monitoring system design test
1 金陵海关技术中心，江苏南京 210014
2 南京诺威尔光电系统有限公司，江苏南京 210014
锂电池端盖作为保障锂电池安全的关键部件，端盖是一种铝制的薄片，采用激光焊接工艺，焊接过程中容易造成焊穿孔、断焊、虚焊的现象，目前主要依靠目视检测、可见光图像检测，但上述检测方式不能检测出虚焊问题。本文使用脉冲红外热成像技术对激光焊接进行检测，制作了焊接率为 100%、50%、33%、25%共 4个试件，采用信号重建方法可以消除试件表面不匀的影响，一阶导图像可以看到焊接区域，焊接率越大，焊接区域亮斑越大；对图像进行二值分割，结果表明激光焊接率和检测面积成正相关线性关系，验证了脉冲红外热成像技术对锂电池端盖焊接质量检测的有效性，为锂电池端盖焊接质量检测提供了一种新方法。
脉冲红外热成像 锂电池 端盖 激光焊接 焊接检测 pulsed infrared thermography, lithium battery, exp
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子学院，南京 210023
2 江苏省特种光纤材料与器件制备及应用工程研究中心，南京 210023
锂电池内部的应力和温度变化难以监测是影响电池安全运行的最大隐患，提出采用光纤布拉格光栅传感技术，在锂电池内部植入光栅对电池阳极的温度和应力变化信息进行实时采集，实现了对锂离子电池阳极的原位监测，建立了电信号与光学传感信号之间的联系。实验结果表明，锂电池工作循环中，锂离子的脱嵌和嵌入会引起温度变化，对应传感器波长偏移达100 pm，温度上升11.1 ℃；在排除温度因素的影响后，循环电流的跳变会引起阳极收缩，产生的应力使波长漂移达21.96 pm，约为18.3 με。此外，研究了不同充放电速率对电池的影响，10 mA电流比2.5 mA电流时温度提高了2.8倍，应力提高了4.4倍。所植入光栅监测系统既可以高精度地测量电化学反应引起的温度、应力变化，同时解调速度快，有利于实时、准确监测锂电池的热失控及形变鼓包故障，研究结果有望为锂电池的安全使用提供有效的实验依据。
锂电池 光纤布拉格光栅 温度 应力 原位监测 Lithium battery Fiber Bragg grating Temperature Stress In-situ monitoring
1 内蒙古工业大学化工学院, 呼和浩特 010051
2 内蒙古自治区煤基固废高效循环利用重点实验室, 呼和浩特 010051
多孔硅具有比表面积大、发光性能良好等特点, 目前对于多孔硅的研究已经涉及到生物与化学传感器、药物递送、光催化、能源等领域。多孔硅中的孔隙可有效缓解硅在锂化时的体积膨胀, 缩短锂离子从电解液向硅本体扩散的距离, 促进高电流密度下的充放电过程。因此, 多孔硅在储能领域得到了广泛研究与发展。但是一些挑战仍然存在, 如制备成本、刻蚀机理、多孔结构的调控、多孔硅的电化学性能等还不能满足商业化应用的要求。本文对目前国内外多孔硅制备方法的研究进行了综述, 并详细介绍了多孔硅在锂离子电池领域的应用。最后, 对多孔硅材料在储能领域的发展进行了展望。
锂电池 负极材料 多孔结构 金属辅助化学腐蚀法 碳催化 lithium battery anode material porous structure metal-assisted chemical etching carbon catalysis
成都理工大学材料与化学化工学院, 成都 610059
固态电解质是高安全性、高能量密度的全固态锂电池的核心部件, 其典型代表Li7La3Zr2O12(LLZO)具有高离子电导率、高机械强度、高电化学稳定性、低界面阻抗以及对锂金属负极良好的稳定性等优势, 是科研人员重点关注的对象之一, 但与液态电解质相比, 目前LLZO仍存在低离子电导率和与电极固-固界面接触等问题。本文主要简介了LLZO的晶体结构、改性方式等对其离子电导率及界面阻抗的影响, 同时对LLZO现存的问题进行了总结, 对LLZO的未来发展方向进行了展望, 为探索全固态锂电池的实际生产应用提供理论指导。
固态电解质 全固态锂电池 晶体结构 离子电导率 界面阻抗 solid-state electrolyte Li7La3Zr2O12 Li7La3Zr2O12 all-solid-state lithium battery crystal structure ionic conductivity interface impedance
武汉工程大学计算机科学与工程学院，湖北 武汉 430205
针对锂电池正负极缺陷造成严重安全事故的问题，提出一种锂电池正负极距离缺陷检测方法。先获取锂电池的X光图像，通过分水岭算法截取图像中的感兴趣区域，并对感兴趣区域进行旋转校正。针对锂电池负极直线区域难以分割的问题，设计水平方向梯度模板提取正极边界，截取锂电池负极直线部分。利用多尺度视网膜增强算法和扩大差分模板提取负极直线。对提取出的负极直线进行水平投影以获取直线纵坐标，根据正极梯度和提取的负极直线获取正负极端点坐标，进而获取锂电池正负极距离。实验结果表明，所提算法的漏检率低，运行稳定，满足工业要求。
图像处理 锂电池 X光图像 分水岭算法 多尺度视网膜增强 梯度投影 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1010001
1 西安石油大学 a.陕西省油气井测控技术重点实验室
2 b.电子工程学院, 陕西西安 710065
3 长庆油田水电厂, 陕西西安 710201
以18650型锂电池为研究对象, 建立双极化 Thevenin(DP-Thevenin)等效电路模型描述其动静态特征。分别以恒流脉冲放电实验和带遗忘因子的递推最小二乘法完成电池电动势及模型参数的辨识; 在 Simulink中搭建等效电路模型, 以脉冲电流作为激励进行验证, 得出模型响应电压与实际端电压契合度较好, 平均误差为 1.836%; 构建电池实验硬件电路, 编写算法程序完成了锂电池实验系统的构建。最后, 在随机测试工况下借助 Matlab分析了基于联合算法的锂电池荷电状态 (SOC)与健康状态( SOH)在预测精确度、错误初值时算法收敛性等方面的性能。实验结果表明, 算法可精确估计出电池 SOC和内阻大小, 最大误差不超过 3.5%; 且在初值相差 15%时, 算法可在319 s内收敛至真值附近, 鲁棒性较好。
锂电池 荷电状态 电池健康状态 带遗忘因子的最小二乘算法 联合算法 lithium battery State Of Charge State Of Health Recursive Least Squares method withForgetting Fact joint algorithm 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 739
