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锂离子电池性能退化与分层新表面生成的关联机理

批准号:
11702166
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
吕浡
依托单位:
学科分类:
接触、摩擦与表界面力学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋亦诚、李雨、李大伟、尹俊、李浩亮

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
目前在锂离子电池领域内大部分力学相关的工作都是到应力和损伤为止,而对力学损伤如何导致电化学性能改变的探索还相当匮乏。本项目拟针对锂离子电池中电极分层对电化学性能的影响展开研究。电极活性层-集流体的界面分层是电极的最主要和最普遍的破坏形式,并与电池电化学性能紧密相关。准确描述分层对电化学性能的影响,对于锂离子电池内在机理的理解,尤其是对力学在锂离子电池问题中重要角色的认识,均具有重要意义。本项目拟通过考虑分层引起的新表面生成以及其对电极电势和电流的影响机理,建立用于预测随分层演化的电化学性能的理论模型,给出不同关键参数对电池电化学行为的影响规律,提出可以提高电化学性能的优化材料和结构,并借助宏观和微观实验进行验证。
英文摘要
Currently, the most studies on mechanical problems in lithium-ion batteries (LIBs) focused on the stresses and mechanical damages. However, it still lacks understanding of the coupled mechanical-electrochemical failure in the LIBs. In this project, the effect of interfacial delamination on electrochemical performance in LIB electrodes will be focused. The interfacial delamination between active layer and current collector is the most common and important damage phenomenon in the electrodes, and is closely related to the electrochemical performance. Precise description of the relationship between delamination and electrochemical performance would have a great significance for understanding of internal mechanisms in the LIBs, and more importantly, the crucial role of mechanics in the LIBs. The applicant plans to investigate new surface formation induced by delamination, and then evaluate its impact on electrode potential and current. By considering the new mechanisms, a theoretical model will be built to predict evolution of the electrochemical performance caused by growth of the delamination. According to the impacts of key parameters, optimized materials and structures will be able to be proposed. Moreover, macro and micro experiments are designed to validate the theoretical predictions.
本项目针对锂离子电池的力学损伤与性能劣化等方面开展了系统而深入的研究,按照预定的研究方案和时间进度,取得了丰富的成果。以锂离子电池的电极材料/结构为研究对象,以力学分析为核心,1)发展了力-电化学耦合的基础理论,建立了多晶电极力-电化学耦合分析的半解析模型,探究了应力对电压迟滞行为的影响,提出了原位测量复合电极材料属性演化的实验方法;2)深入理解电池劣化机理和电极损伤行为,发现了由接触应力主导的复合电极劣化新机理,发展了分析电极分层损伤的解析方法;3)提出锂离子电池充放电的力-电-化耦合调控方法,研发了长寿命高容量电池(不改变材料和结构的前提下,提升硅电极长期服役性能~100%),提出了快速充电规程的应力调控方法(不改变材料和结构的前提下,电池加速充电~20%)。通过以上成果,本项目以力-电化学耦合机理为基础,以电池劣化行为为线索,以发展高性能长寿命电池为目标,另辟蹊径地探索了以力学分析为驱动的从基础到应用的电池研发新思路,对锂离子电池的内在机制理解、性能优化和发展方向做出了创新性贡献。在本项目的支持下,共发表论文13篇,SCI收录12篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2020
期刊: Chinese Physics B
影响因子: 1.7
作者: [Bo Lu, Chengqiang Ning, Dingxin Shi, Yanfei Zhao, Junqian Zhang]
通讯作者: Junqian Zhang
DOI: 10.1115/1.4044139
发表时间: 2019-10
期刊: Journal of Applied Mechanics
影响因子: --
作者: [B. Lu;Chengqiang Ning;Yanfei Zhao;Yicheng Song;Junqian Zhang]
通讯作者: B. Lu;Chengqiang Ning;Yanfei Zhao;Yicheng Song;Junqian Zhang
Effects of stress dependent electrochemical reaction on voltage hysteresis of lithium ion batteries
应力依赖性电化学反应对锂离子电池电压迟滞的影响
DOI: 10.1007/s10483-018-2373-8
发表时间: 2018
期刊: Applied Mathematics and Mechanics (English Edition)
影响因子: --
作者: [Haoliang Li, Yicheng Song, Bo Lu, Junqian Zhang]
通讯作者: Junqian Zhang
Stress-limited fast charging methods with time-varying current in lithium-ion batteries
锂离子电池时变电流应力限制快速充电方法
DOI: 10.1016/j.electacta.2018.09.009
发表时间: 2018
期刊: Electrochimica Acta
影响因子: 6.6
作者: [Bo Lu, Yanfei Zhao, Yicheng Song, Junqian Zhang]
通讯作者: Junqian Zhang
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    锂离子电池高容量复合电极的损伤协同演化与电化学性能调控
    • 批准号:
      12072183
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      62.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      吕浡
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金