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2025-01-10 17:05:48鋰離子電池技術: 鋰離子電池技術是一種基于鋰離子在正負極之間移動來儲存和釋放能量的電池技術。它具有高能量密度、長循環壽命、無記憶效應及自放電小等優點。該技術廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車及儲能系統等領域。鋰離子電池通過鋰離子的嵌入和脫嵌過程實現充放電，其性能受材料、結構及管理系統等多重因素影響。近年來，隨著材料科學的進步，鋰離子電池的能量密度和安全性不斷提升，成為新能源領域的重要支柱。

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強文推薦&有獎互動 | 通過流變學推進鋰離子電池技術的發展（二）

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鋰離子電池技術問答

2022-12-12 12:15:42強文推薦&有獎互動 | 通過流變學推進鋰離子電池技術的發展（二）: 引言全固態電池是一種新的電池體系，采用固態電極和固體電解質取代傳統的液體或聚合物凝膠電極和電解質。范德比爾特大學機械工程、材料科學以及化學和生物分子工程系的研究人員研究了全固態電池 (ASSBs) 中復合電極的油墨配方。全固態電池中的電極涂層復合電極的量產依賴于集合電極固體材料、粘結料和溶劑的油墨的生產。油墨工程包括優化油墨的流變性、聚集行為和穩定性，以實現所需的涂層工藝，從而提高ASSB中復合電極的性能。由Shen、Dixit、Zaman、Hortance、Rogers和Hatzell組成的范德比爾特團隊使用TA儀器的Discovery混合流變儀來評估溶劑和粘結料的不同組合。他們發現，松油醇溶劑和聚乙烯醇縮丁醛(PVB)粘合劑（電池行業不太常見的組合）可以提高固-固界面潤濕性和粘附性，同時改善動態表面張力和流變性能，從而改善電極和容量性能。流變學測量幫助他們確定這種理想的組合。流變學對于設計油墨制造過程和確定可行的工藝條件至關重要。來自蒙特利爾大學化學系的研究人員 Khakani、Verdier、Lepage、Rochefort、Prébé、Aymé-Perrot和Dollé、Hutchinson和Total SA采用一種不同的方法，設計一種無溶劑工藝來簡化復合鋰離子電池電極的制造，這種工藝更具環境可持續性和成本效益。他們的干法工藝使用聚合物加工助劑 (PPA),避免了基于溶劑的濕電極加工的傳統問題。他們的干涂層需要具有足夠黏度的均一混合物來均勻地涂覆電極。TA儀器的Discover混合流變儀(DHR)幫助研究人員優化他們的混合物，并確定應用該混合物所需的剪切力范圍。他們得到的混合物具有理想的黏彈性，并在全電池測試中被證明是成功的，為更環保和低成本的電池制造鋪平了道路。固體聚合物電解質盡管大多數商用電池使用液態有機電解質，但這些有機溶劑易燃，并不適用于所有應用。目前有研究人為固體聚合物電解質(SPEs)是一種更安全的替代品，其可燃性降低，機械性能提高，有助于抑制枝晶的形成。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的Brian Jing和Christopher Evans從具有動態共價交聯的聚合物網絡中開發了SPE，提高了電解質的安全性和性能，兼具可持續和可回收性。他們開發了聚環氧乙烷（PEO）網絡，并研究了 LiTFSI 鹽對其轉變溫度的影響。成功設計電池材料的其中一個關鍵點是了解材料在不同溫度下的行為。這對基于PE的材料更為重要，因為其模量在加熱過程中會大幅下降。Jing和Evans使用TA儀器的Discovery混合流變儀來確定他們基PEO的SPE 的模量隨溫度的變化。他們觀察到，雖然材料在更高的溫度下變得更軟、更易流動，但所產生的材料的剪切模量卻大于1MPa。這是一項重要成就，因為這些材料的高模量可能有助于在電池最終使用溫度較高的情況下抑制枝晶形成，同時網絡結構的化學屬性保證了高導電性。使用硼酸酯形成動態共價交聯也可以在 30 分鐘內將電解質溶解在純水中并回收原料單體。這些電解質在機械損傷后還表現出自修復性，同時保持95%以上的導電和機械性能，這進一步鞏固了該行業為實現更好的電池可持續性而在可回收和可再加工材料方向發展所做出的努力。流變學持續推動電池創新正如這些研究實例所表明的，對鋰離子電池的高需求正在全球范圍內挑戰制造業的極限，使得在材料開發階段思考工藝優化變得更加重要。隨著創新以驚人的速度發展，世界各地的實驗室都在努力開發性能和安全性適當平衡的電池。這些例子說明了流變學是科學家設計和高效生產更安全、性能更好的電池的關鍵技術。他們研究背后的驅動因素–更快的生產過程、更高的安全性、卓越的終端使用性。我們不斷改進電池生產和產品時，電池科學家可以自信地學習他人的突破，并采用他們的技術。有獎問答關于TA儀器在鋰電池流變方面的應用您了解多少？下面就來參與我們的有獎問答環節吧！TA儀器-鋰電池系列知識問答（二）2022年12月9日-12月13日期間請先關注TA儀器公眾號后掃描下方二維碼參加答題試題答案和最終排名將在考試結束后公布1~10名將獲得TA多功能數據線一枚

2023-06-05 13:00:08第四屆電池技術研討會在東莞順利召開！: 2023年5月27日，由材料人主辦，Waters TA儀器協辦的第四屆電池技術研討會在東莞松山湖順利舉辦。會議共計組織了11個報告分享，其中沃特世李欣蔚經理主講了《色譜質譜技術在動力電池機理研究、產品開發和質控中的應用》； TA儀器流變學專家李潤明博為大家帶來了《鋰電池用膠的流變表征》的精彩講解。現場展臺粉絲互動氛圍也非常熱烈，對我司在鋰電池材料特性分析領域的最新解決方案產生了濃厚的興趣。除了線下參會人員，線上報名更是超過500人，其中約70%來自高校和科研源所，30%來自新材料企業及投資機構。直播觀看人數累計超過1500人，最高瞬時在線人數達到400人。會議取得圓滿成功！

2023-05-12 17:14:47皓天參加第十五屆深圳國際電池技術展覽會: 2023年5月12日星期五雨天CIBF2023第十五屆深圳國際電池技術交流會/博覽會我們東莞皓天將在12號館展位號：12B1023邀您一起共享展會新商機和好品質的環境試驗箱哦參會時間：2023-5-16至18日地址：深圳國際會展中·心（寶安去福海街道展城路1號）我們一起不見不散！

2022-12-19 14:26:52【課程邀請】《鋰離子電池負極材料粒度分布快速檢測技巧》: 沈興志珠海歐美克儀器有限公司產品經理，主要負責粒度檢測技術產品的應用和技術支持工作。對于粒度粒形表征基礎理論、測量原理和應用技術積累了豐富、深入的實戰經驗，能夠從粉體質量和行業要求等多個維度來分析顆粒檢測與表征，為客戶提供科學、獨到的解決方案。課程內容1、人造石墨負極材料粒度分布測試演示及操作要求解說2、天然石墨負極材料粒度分布測試及操作要求解說3、硅碳負極材料粒度分布測試及操作要求解說4、提問與答疑課程時間2022年12月20日 15：00聽課方式手機掃描二維碼在線聽課

2022-11-29 10:28:11鋰離子電池負極析鋰監測-面向實用化快充策略: 絕大多數客戶在考慮電動車時，都會有“里程焦慮”，主要擔心的是行駛里程和充電時間。一個優化的快充策略，有助于縮短充電時間，同時確保不降低電池性能和循環壽命為前提。鋰離子電池負極材料的析鋰現象，被認為是電池性能衰減的主要因素。多步恒電流充電法(MCC)本研究開發了兩種策略，采用三電極測試和充電過程中的內阻演化。通過初步分析，有望開發出新的多步恒電流充電方法(MCC)，對比測試了四種充電方法。結果顯示新的充電策略，同步改善了充電時間和循環壽命，顯示該方法在抑制鋰析出的高可靠性。Fig 1. (a) 恒電流-恒電壓充電曲線(CC-CV);(b) 多步恒電流充電曲線 (MCC);(c) 恒電流-負向脈沖充電曲線(CCNP);(d) 脈沖電流充電曲線(PCC);(e) 強充電曲線(BCC);(f) 連續可變電流充電曲線(VCP)以上方法的目標是優化容量保持率并縮短充電時間。在不同的充電方法中，CC-CV(Fig 1 a) 是使用最廣泛的一種，因為簡單易用。Fig 1b的多階恒電流法(MCC)是第一個被應用于快充的方式，該方法由兩個或者多個恒電流(CC)組成，當電壓到達明確定義的電壓值時充電截止。Fig 1c顯示的恒電流-恒電壓-負向脈沖放電策略(CC-CVNP)，將單個恒電流分成若干個特定步驟，穿插一些負向脈沖電流，有利于降低電極內部的濃度梯度。Fig 1d 脈沖放電方式由一系列恒電流充電步驟組成，每一步加入靜置過程，可以降低電池極化的風險，提高充電效率，有利于SEI膜的形成。Fig 1e 為放大的充電方式，第一步為大電流充電，再接著是常用的CC-CV。Fig 1f 是可變的電流方式(VCP)，電流隨著等效電路模型而連續變化。理論基礎對于以上情況，根據已有知識，阻抗為SoC的函數，因此定義充電的模式來優化充電效率和降低發熱是可行的。由于循環老化，尤其是在快充過程中，導致電池中不可逆容量衰減，監測此類衰減現象是非常重要的。鋰離子濃度梯度導致活性物質顆粒發生破裂，產生應力，從而導致老化。本研究著重于其他老化的因素，析鋰現象，即充電過程中金屬鋰在負極表面發生沉積，尤其在大電流及低溫條件下更容易發生，極易產生以下問題。消耗活性鋰堵塞電極材料孔徑，降低Li離子的移動鋰枝晶的形成導致短路風險通過監測充電過程后的電壓變化，是眾多電化學監測鋰析出的方法之一。如果沒有發生析鋰，在充電剛結束時，電池的開路電壓會呈現指數衰減曲線，如Fig 2a 藍色曲線。動態電壓曲線模型用等效電路進行分析，在弛豫過程中顯示出指數衰減。如果出現析鋰情況，如fig 2a 紅色曲線所示，在弛豫時間內，析出的鋰會繼續嵌入石墨層中，從而增加了LiC6的濃度。弛豫過程中使用微分電壓法，有助于分析在靜置時電壓的演變。Fig 2b的紅線清晰的顯示出析鋰嵌入，開始正常的弛豫現象。Fig 2.(a) 電壓弛豫曲線-鋰析出(紅線) ，無析鋰現象(藍線)(b) 微分電壓時間曲線-鋰析出(紅線)，無析鋰現象(藍線)Fig 2.(a) 電壓弛豫曲線-鋰析出(紅線) ，無析鋰現象(藍線)(b) 微分電壓時間曲線-鋰析出(紅線)，無析鋰現象(藍線)Fig 3 放電過程的微分電壓曲線(DVA)放電過程中的微分電壓曲線(DVA)也可以被用于診斷工具來探測負極表面的鋰析出情況。如果出現析鋰，DVA曲線在放電開始時會出現彎曲情況，如Fig 3紅色曲線所示。為了評估和模擬導致鋰析出的情況，本研究基于兩種方式，如第二部分所講。評估電極電勢對時間的函數，使用三電極電解池對Li/Li+參比電極。評估鋰析出對時間的函數，即充電過程中內阻對時間的函數。因為第二個策略簡單易于對全電池進行測量，無需拆解電池做成三電極進行測試，所以本研究的目標是比較兩種方式對于鋰析出的預測能力。實驗部分使用商業化的(215 Wh/Kg)的鋰離子電池，Si-C | EC/DMC (1:1)，1 M LiPF6 | NMC 811體系2.1 使用三電極裝置(Li/Li+參比)進行電極電勢評估。將放電態下的商業鋰離子電池進行安全拆解，電極材料裁剪為直徑18mm的圓片，并組裝成測試電解池(即EL-Cell)。因為原始的電池中，集流體兩側都涂覆了電極材料，將其中一面的材料去除掉，以確保集流體和EL-Cell的接觸。這個操作不會影響正極和負極材料的比例，重現原始狀況。EL-Cell的配置先比鈕扣電池更好，因為其易于拆卸，可以用其他技術對材料做進一步分析。對電池的充放電過程如下。CC-CV充電(C/2)到4.2V截止，(CV步驟截止條件為當I < C/40)CC放電(1C)放電至2.75V為了探測負極的鋰析出現象，使用鋰參比電極探測負極電位變負。這個是鋰離子在負極表面析出而未遷入石墨的直接證據。在若干倍率下執行CC充電步驟，將負極電勢(Uan)等同于0V時結束充電。為了設計多步充電過程中的每個單步，一旦選擇特定步驟的充電倍率，充電結束時(相應截止電壓)測量全電池的電壓(與所選充電倍率相關)。2.2 在充電過程中，測試內阻對時間的函數關系，內阻的測量，在靜置的3秒期間，如Fig 4所示在每個充電結束后使用電流中斷法，在兩個靜置之間，增加2.5 % SoC。Fig 4. 在3 秒的靜置期進行內阻測量Fig 5. 鋰析出和嵌入競爭模型的電路示意圖2.3 多步恒電流充電曲線(MCC)Fig 6 (a) 電壓響應曲線，(b)快充電流曲線3 、結果分析Fig 9 a顯示了全電池(EL-Cell)三電極裝置，對幾個電池進行不同倍率的充電至1.32C，顯示出很高的電壓穩定性。Fig 9a顯示全電池的電壓直至負極電壓低于Li/Li+參比電極，Fig 9b 顯示了相應的負極半電池行為。Fig 9 (a) 全電池電壓，(b) 不同倍率下負極半電池電壓 (vs Li/Li+)Fig 10 顯示充電過程中全電池的內阻變化情況，不同倍率，內阻對SoC的函數。藍色曲線為0.1 C倍率時沒有發生析鋰，低倍率時期望沒有發生析鋰情況。隨著倍率的增加，曲線走勢向左移動，因為出現更高的過電勢，主要由擴散過程導致。Fig 10 不同充電倍率下的內阻對SoC的函數，0.1 C 的曲線作為參考從0.75C開始(黃色曲線)，可以看到在高SoC下(紅色區域)內阻急劇下降，出現析鋰，0.1C和0.5C并沒有表現出這種情況。這個現象可以歸結為析鋰開始發生，正如其他報道所提到的。基于以上結果，可以創建幾種快充方式。正如所期望的，通過對三電極電解池中電極電勢的測量，可以用于檢測負極鋰析出的發生。充電過程中內阻的演化，因為無需拆解電池，可以直接進行全電池測試，因此會受電動汽車行業青睞。Fig 11. 不同充電方式下的SoH 與循環圈數的對應關系 Fig 11 中顯示了MCC2的充電方式，顯示出最高的SoH能力，充電時間減少約3min 。MCC1曲線顯示出老化同樣也優于參考曲線。MCC Fast 1 顯示整體的老化與參比相當，但是充電時間增加約6min 。最后，對于MCC Fast 2 而言，如其他曲線出現首次容量衰減后，后續有所提升，在300次循環后表現出和MCC Fast 1類似的老化趨勢。Fig 12 充放電容量對循環次數的函數Fig 12 顯示的是在第一階段老化的充電和放電容量(75圈循環) 。在所有曲線中，可以觀察到MCC2表現出最高的充電和放電容量。結論兩種不同的策略用于篩選電流和電壓的限制條件，用于避免鋰離子電池負極表面鋰金屬的析出沉積。使用三電極裝置，評估電極電位對時間的函數基于經典電化學原理，監測電極電勢制作過程復雜，且需要特殊裝置，如手套箱，在拆解過程中電極有失效風險多步恒電流充電(MCC2)策略降低充電時間并提高容量保持率輸力強9300R ASPIRE軟件界面顯示，可進行自由靈活的多步充電(MCC)設置，結合快速數據采集，dQ/dV 分析，及強大的同步交流阻抗功能，可用于對鋰離子電池快充策略的探索。參考資料：1. Detection of Lithium Plating in Li-Ion Cell Anodes Using Realistic Automotive Fast-Charge Profiles, Batteries 2021, 7, 46