锂离子电池Science-Building a Better Battery-Chiang-1485-6

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锂离子电池发展前景方面的文献

锂离子电池发展前景方面的文献

在锂离子电池发展前景方面,有许多文献可以提供相关信息。

以下是一些研究和综述文章的例子,涵盖了锂离子电池的最新进展和未来发展方向:1. Armand, M., & Tarascon, J. M. (2008). Building better batteries. Nature, 451 (7179), 652-657. 这篇文章回顾了锂离子电池的历史和发展,并探讨了未来的研究方向和应用领域。

2. Whittingham, M. S. (2008). Materials challenges facing electrical energy storage. MRS Bulletin, 33 (4), 411-419. 这篇文章重点讨论了锂离子电池所面临的材料挑战,包括电极材料、电解液和隔膜等方面,并探讨了如何解决这些挑战以提高电池性能。

3. Goodenough, J. B., & Kim, Y. (2010). Challenges for rechargeable Li batteries. Chemistry of materials, 22 (3), 587-603. 这篇综述文章讨论了锂离子电池的发展历程和技术挑战,包括安全性、能量密度和循环寿命等方面,并提出了一些可能的解决方案。

4. Manthiram, A., Yu, X., & Wang, S. (2017). Lithium battery chemistries enabled by solid-state electrolytes. Nature reviews materials, 2 (9), 16103.这篇文章介绍了固态电解质在锂离子电池中的应用,以及固态电解质所能带来的优势和挑战。

5. Ji, X., Lee, K. T., & Nazar, L. F. (2009). A highly ordered nanostructured carbon–sulphur cathode for lithium–sulphur batteries. Nature materials, 8 (6), 500-506. 这篇文章介绍了一种基于有序纳米结构碳和硫的正极材料,用于改善锂硫电池的能量密度和循环寿命。

科学家研发出可将锂电池充电效率与容量提升十倍的突破性新技术

科学家研发出可将锂电池充电效率与容量提升十倍的突破性新技术

科学家研发出可将锂电池充电效率与容量提升十倍的突破性新技术发表时间:2011-11-21来源:engadget 作者:engadget点击数:545责任编辑:黑眼圈近日,美国西北大学的研究团队表示,已经找到了突破目前锂离子电池充电量和充电速度限制的方法。

新方法不仅让充电量增加了十倍,充电时间也只需原来的十分之一。

Harold Kung教授Harold Kung 与他的研究团队表示,此电池技术的关键在于锂离子在石墨烯层间的流动状态-- 离子在其中的流动速度很直接的影响到充电速度的快慢。

而为了加速流动速度,他们研究出改变石墨烯排列,使其成为数百万个只有10 到20nanometers 大小的蜂槽型柱状体,制造出更适合锂离子流动的「快速快捷方式」。

也因为如此,Kung 教授的团队也达成整整缩短1/10 电池充电时间的成绩,不过!这还只是充电速度的部份而已。

这群科学家更将电池的蓄电量也同时往上提升,他们研究将小群的硅(Silicon)置入石墨烯层之间,达成提升电池内部锂离子的密度的效果。

归功于石墨烯所提供高延展特性,这样的技术突破也使聚集在电极附近锂离子更多,也因此使因为硅膨胀所造成的老问题获得解决。

至于成果如何?如同标题一样威猛,这颗电池在完全充满电之后,将可整整维持一周的使用时间,Kung 也表示「如今我们终于即将在双方面都得到最佳表现」。

因为硅以及技术的进步,我们获得更高的蓄电密度,甚至就算硅团簇(Silicon Clusters)分离也不会造成硅的消失。

不过他说的是「即将得到」,那么可见此技术仍有尚待改进之处-- 得到大幅改进的充电速度与电池容量,将会在150 次的充电次数后使效率急剧下滑。

但Kung 也指出增加电池的充电保持(Charge Retention)能力将足以弥补这样的缺点--「即使仍维持150 次的充电次数表现,但寿命却可达一年或更久,更别说电池在此之后仍拥有现有锂电池的五倍效率。

锂离子电池正负极材料配方比例

锂离子电池正负极材料配方比例

锂离子电池正负极材料配方比例1. 引言锂离子电池是一种重要的能量存储设备,广泛应用于移动通信、电动汽车和可再生能源等领域。

其中,正负极材料是锂离子电池中最关键的组成部分之一。

正负极材料的配方比例直接影响到锂离子电池的性能和循环寿命。

本文将深入探讨锂离子电池正负极材料配方比例的相关内容。

2. 锂离子电池正负极材料概述2.1 正极材料锂离子电池的正极材料通常采用锰酸锂(LiMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)和镍酸锂(LiNiO2)等化合物。

这些化合物具有高比容量、较高的工作电压和良好的循环寿命特性。

2.2 负极材料常用的锂离子电池负极材料主要有石墨和硅基材料。

石墨具有较高的导电性、较低的电化学反应活性和较好的循环稳定性,但其比容量相对较低。

硅基材料具有更高的比容量,但由于体积膨胀和收缩引起的结构破坏,导致循环寿命较短。

3. 正负极材料配方比例的影响因素3.1 能量密度正负极材料配方比例直接影响到锂离子电池的能量密度。

通过调整正负极材料的比例,可以实现不同能量密度要求下锂离子电池的设计。

3.2 循环寿命正负极材料配方比例也对锂离子电池的循环寿命产生重要影响。

合理选择正负极材料及其配方比例可以减少电化学反应带来的结构破坏和容量衰减,延长锂离子电池的使用寿命。

3.3 安全性正负极材料配方比例还关系到锂离子电池的安全性能。

过高或过低的配方比例可能导致电池内部温升过高、容易发生热失控等安全问题。

4. 正负极材料配方比例的优化策略4.1 正极材料配方比例优化根据不同应用场景的要求,可以选择不同的正极材料和配方比例。

例如,对于高能量密度要求的电池,可以选择钴酸锂作为正极材料,并通过调整钴酸锂与其他添加剂的比例来实现最佳性能。

4.2 负极材料配方比例优化对于负极材料的配方比例优化,需要考虑到能量密度和循环寿命之间的平衡。

石墨作为常用负极材料,其与其他添加剂(如纳米硅)的比例可以根据具体要求进行调整。

5. 实验方法与结果分析通过实验研究,可以得到不同正负极材料配方比例下锂离子电池性能的变化规律。

谁真正发明了可充电锂离子电池?

谁真正发明了可充电锂离子电池?

可充电锂离子电池诞生于50年前,现在它的价值无人不知,被用于笔记本电脑、手机、电动工具、电动汽车……它每年的全球销售额高达450亿美元,并有望在未来10年内突破1 000亿美元。

然而,这项变革性的发明历经近20年蛰伏方才走出实验室——美国、欧洲和亚洲的许多企业都曾想把握这项技术,却把握不住它的巨大潜能。

埃克森公司的斯坦利 • 威廷汉(Stanley Whittingham )等人于1972年开发出第一款可充电锂电池。

它由埃克森小批量生产,曾在1977年芝加哥的电动汽车展上露面,并被短暂用作纽扣电池,但未能走远,后来这家石油巨头企业放弃了它。

世界各地的众多科学家都参与了可充电锂电池研究,但在大约15年时间里,成功的希望很渺茫。

直到对的人在对的时间做了对的事,可充电锂电池才开启统治世界的旅程。

是埃克森公司发明了可充电锂电池吗?1970年代初,埃克森的科学家预测全球石油产量将于2000年达到顶峰,然后逐步下降。

企业鼓励研究人员寻找石油替代品,探索任何与石油无关的能源。

1972年秋天,年轻的英国化学家威廷汉加入位于新泽西州的埃克森研究工程公司。

到圣诞节时,他开发出一种以二硫化钛作正极、使用以锂盐为主体的液态电解质、由锂盐提供锂离子实现充放电的电池。

威廷汉的创新电池不同于此前所有电池。

它的充电原理是将锂离子传输并插入主体电极材料的原子晶格中,即所谓的“嵌入”。

该电池的性能也可谓前所未见:既可充电,又具备非常高的能量输出。

要知道那时最好的蓄电池是镍镉电池,最大输出电压仅有1.3伏,而威廷汉团队的电化学杰作能产生惊人的2.4伏电压。

1973年冬天,埃克森的经理们将威廷汉召至公司位于纽约的办公室,出席埃克森董事会的小组委员会会议。

威廷汉后来表示:“我进去解释了一遍,用时最多10分钟。

然后不到一周,他们就说想要投资这个发明。

”这看起来是一桩大事件,有可能改变世界的大事件。

威廷汉在《科学》(Science )杂志上发表了一篇论文。

锂离子电池课设计

锂离子电池课设计

锂离子电池课设计引言锂离子电池是一种常见的可充电电池,在现代电子产品中得到广泛应用。

本文介绍了一个针对锂离子电池的课程设计,旨在帮助学生深入了解锂离子电池的工作原理、性能特点以及应用领域。

设计目标1.了解锂离子电池的基本概念和原理;2.掌握锂离子电池的性能评估方法;3.研究锂离子电池的应用领域和发展趋势。

设计内容1. 锂离子电池的基本概念和原理•锂离子电池的组成和结构•锂离子电池的工作原理•锂离子电池的能量存储机制2. 锂离子电池的性能评估方法•循环寿命:充放电循环次数对电池寿命的影响•容量衰减:电池容量随时间的变化情况•充放电效率:电池在充放电过程中的能量转化效率3. 锂离子电池的应用领域和发展趋势•电动汽车和混合动力汽车•便携电子设备(手机、平板电脑等)•新能源储存系统(太阳能、风能储存等)实施步骤1.学习阶段:–学生通过教材和网络资源了解锂离子电池的基本概念和原理;–学生阅读相关文献,了解锂离子电池的性能评估方法;–学生查阅资料,了解锂离子电池的应用领域和发展趋势。

2.实验阶段:–学生进行简单的锂离子电池制作实验,了解电池的组成和结构;–学生设计实验,测试电池的循环寿命、容量衰减和充放电效率;–学生通过实验数据分析,评估电池性能。

3.讨论与总结:–学生在小组讨论中,分享实验结果和心得体会;–学生展示自己对锂离子电池应用领域的研究成果;–学生总结课程学习成果,撰写实验报告。

结论通过本课程设计,学生能够全面了解锂离子电池的基本概念和原理,掌握锂离子电池的性能评估方法,并了解其在不同应用领域的发展趋势。

此外,通过实验操作和数据分析,学生还能培养实验设计和数据处理的能力,提升自己的科研素养。

参考文献1.Armand, M., & Tarascon, J. (2008). Building better batteries. Nature,451(7179), 652-657.2.Scrosati, B., & Garche, J. (2010). Lithium batteries: status, prospectsand future. Journal of Power Sources, 195(9), 2419-2430.3.Dunn, B., Kamath, H., & Tarascon, J. M. (2011). Electrical EnergyStorage for the Grid: A Battery of Choices. Science, 334(6058), 928-935.4.Goodenough, J. B., & Park, K. S. (2013). The Li-ion rechargeable battery: A perspective. Journal of the American Chemical Society, 135(4), 1167-1176.。

锂离子电池充放电工作原理

锂离子电池充放电工作原理

锂离子电池充放电工作原理
锂离子电池充放电工作原理
锂离子电池(Lithium-ion battery),简称 Li-ion battery,
是一种高能量密度和高效率的长寿命蓄电池,主要用于移动电子设备。

其工作原理很简单:当电池被充电时,活性材料(锂离子)从正极迁移到负极;当电池正被放电时,活性材料从负极迁移到正极。

当锂离子电池被充电时,电流会将锂离子从正极(负电极)迁移到负极(正电极),这种过程叫做充电。

正极具有固态的物质,如锂-钙离子交换物,可以吸取和保存锂离子,而负极则有可溶性的物质,如碳。

当锂离子从正极迁移到负极时,电池会变得充电,电压也会随之增加。

当锂离子电池正被放电时,锂离子会从负极迁移到正极。

负电极上的碳可以作为活性物质的储存器,当锂离子从负极迁移到正极时,电压也会随之降低。

这种过程叫做放电,当电池的电压和电流达到稳定的状态后,就可以放电。

充放电过程中,电池中的化学反应一直在发生。

充电、放电过程中的反应物不同,分别通过电解质对活性材料进行储存和释放,以保证电池在正常充放电工作中稳定可靠。

- 1 -。

锂电池基础科学问题_化学储能电池理论能量密度的估算_彭佳悦

锂电池基础科学问题_化学储能电池理论能量密度的估算_彭佳悦
(4)
式中,n 为每摩尔电极材料在氧化或还原反应 中 转 移 电 子 的 量 ; F 为 法 拉 第 常 数 ( F=96485 ,nF 为转移总电荷量;E s 是标准条件下的热 从伏打电池、铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池, C/mol) 再到锂离子电池,化学电源技术在过去 200 年取得 力学平衡电位,也称为电化学驱动势(electromotive ,该方程式为 Nernst 方程式。 了长足发展,能量密度也显著提高。与其它商业化 force,emf) 对不同体系电池的能量密度进行理论计算,可 的可充放电池比较,锂离子电池具有能量密度高、 能量效率高、循环寿命长、无记忆效应、快速放电、 以为选择电极材料和电池体系提供理论依据,同时 自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点, 有助于阐明电池能量密度的极限。电池的能量密度 因而成为世界各国科学家努力研究的重要方向[1-3]。 可以用两种方式表示:质量能量密度(Wh/kg)和 。 如 今 的 小 型 商 品 锂 离 子 电 池 的 能 量 密 度 可 达 到 体积能量密度(Wh/L) 质量能量密度定义为 200~220 Wh/kg,但还不能满足日益增长的不同产 品的要求。例如,为了提高纯电动车以及混合动力 M rGs M (5) 汽车电力驱动部分的续航里程,日本“新能源和工 体积能量密度定义为 业技术发展组织” (NEDO)在 2008 年制订了目标: V r G s VM (6) 希 望 在 2030 年 将 电 池 的 能 量 密 度 提 高 到 500 式中, M 是反应物摩尔质量之和, VM 是 Wh/kg, 继而实现 700 Wh/kg 的目标[4], 以便达到或 接近汽、柴油车一次加油的行驶里程。这些目标能 反应物摩尔体积之和。
Vol.2 No.1 Jan. 2013

science液态锂离子电池

science液态锂离子电池

science液态锂离子电池
液态锂离子电池是一种高效的能量存储设备,已广泛应用于移动电子设备、电动车辆和储能系统中。

它使用锂离子在正负极之间反复嵌入和脱嵌的过程来实现电荷和放电。

液态锂离子电池的正极通常是由锂离子化合物,如氧化钴或磷酸铁锂等构成。

负极则是由石墨或硅合金等材料制成。

电解质是电池中起着重要作用的部分,常使用有机溶剂和锂盐的混合物,如丙烯腈和碳酸盐。

这种电解质能有效地将锂离子传输到正负极之间,从而实现电荷和放电的过程。

与其他类型的电池相比,液态锂离子电池具有很多优点。

它具有高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率。

此外,液态锂离子电池还具有快速充放电能力和较高的电压输出。

因此,在现代电子设备和电动交通工具中,液态锂离子电池被广泛应用。

然而,液态锂离子电池也存在一些问题。

首先,其使用过程中可能发生火灾和爆炸,特别是在过度充电或过度放电时。

其次,电池的材料资源有限,回收利用仍然是一个挑战。

此外,液态锂离子电池在高温或低温环境下的性能也会受到影响。

为了解决这些问题,科研人员正在不断改进液态锂离子电池的设计和材料。

例如,他们正在开发新型电解质,以提高电池的安全性和性能稳定性。

此外,新的电极材料和电池结构也被提出,以增加电池的能量密度和循环寿命。

总之,液态锂离子电池是一种重要的能量存储技术,其在移动电子设备和电动交通领域发挥着重要作用。

通过不断的研究和创新,我
们可以进一步提高液态锂离子电池的性能和安全性,推动其在未来能源领域的广泛应用。

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独 创 性
large volume changes associated with the charge-discharge cycle. On page 1515 of this issue, Huang et al. (1) report an ingenious in situ transmission electron microscope (TEM)
Downloaded from on December 9, 2010
Building a Better Battery Yet-Ming Chiang Science 330, 1485 (2010); DOI: 10.1126/science.1198591
ously meet to be commercialized. One route of these issues need to be convincingly and
by which battery performance can be com- simultaneously addressed if laboratory-based
Controlling the charge-induced morphological changes of electrode materials may provide a route to improved battery performance.
Li2O or LiF that does react reversibly with the metal electrode and is the main contributor to reversible capacity (2, 4). However, the large strain accommodation capability shown by the SnO2 nanowires would be valuable if achievable in other high-capacity, high-strain electrodes such as silicon. Alloying with Li to the limiting composition Li4.4Si yields theoretically an enormous capacity of 4200 milliampere hours per gram (mAh/g), versus 150 mAh/g for LiCoO2 cathodes and 350 mAh/g for graphite anodes used in conventional lithium-ion batteries, but also produces a molar volume change of 311%. Silicon undergoes solid-state amorphization during lithiation
is a most important metric (e.g., electric vehicle and grid storage batteries); and nanoscale forms of inherently reactive compounds raise
主张
early 1990s. Thus, in the burgeoning field of nanoscale electrode materials, skepticism
PERSPECTIVES
MATERIALS SCIENCE
Building a Better Battery
Yet-Ming Chiang
新方法,新事物
不常见的
Innovations in the battery field are infrequent and hard-won. New electrochemical systems (a new positive or nega-
prising because of the many requirements storage because of departures from known
that any battery electrode must simultane- scaling laws as the size scale decreases. All
怀疑 tive electrode, electrolyte, or combination
cerns specific to nanomaterials: Nanoparticle electrodes may have low packing density that makes high bulk energy density difficult to realize; synthesis methods may not be scal-
experiment that uses a low–vapor pressure intercalation reactions are realized with dis- morphology; diffuse phase boundaries migrate inward
ionic liquid electrolyte to allow imaging of a placement or “conversion” reactions that pro- along the [010] direction. CLi, lithium concentration SnO2 nanowire electrode in an “open” elec- duce one or more new phases. Electrochemitrochemical cell. They observe a reaction cal reduction of the starting oxide by lithium (6), and one strategy for strain accommoda-
substantial progress in battery performance. SnO2 is a model for a class of metal oxides
and fluorides (2–4) in which reversible storage capacities exceeding those possible with
that under a moderate overpotential of 25 mV, misfit stress causes FePO4 to grow along the [100] longitudinal direction, normal to the fast-diffusion direction. (B) Increasing the overpotential to 100 mV allows Li diffusion anisotropy to dominate the ach the marketplace only once able and/or economical in a field where cost
怀疑 主义
every few years, and the energy density of lithium-ion batteries as a class has increased on average by only 8 to 9% per year since the
Science (print ISSN 0036-8075; online ISSN 1095-9203) is published weekly, except the last week in December, by the American Association for the Advancement of Science, 1200 New York Avenue NW, Washington, DC 20005. Copyright 2010 by the American Association for the Advancement of Science; all rights reserved. The title Science is a registered trademark of AAAS.
FePO4
0
A
LiFePO4
妥协,折中
B
promised is by mechanical failure due to the results are to be successfully translated into Coping with strain. (A) Phase field modeling reveals
CREDIT: MING TANG/LAWRENCE/LIVERMORE NATIONAL LABORATORY
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[100] [001] [010]
1
Fast Li diffusivity
0.5 CLi
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