半固態鋰電池的反應動力學建模與套用

《半固態鋰電池的反應動力學建模與套用》是依託中國科學院電工研究所，由劉丹丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：半固態鋰電池的反應動力學建模與套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉丹丹
• 依託單位：中國科學院電工研究所

項目摘要

半固態鋰電池是近年來開發的一種新型儲能電池技術，在智慧型電網、電動汽車、家用儲能等領域有很好的套用前景，但目前仍處於基礎原理研究和關鍵技術開發階段。電池的反應動力學建模對於指導電池最佳化設計和關鍵技術開發至關重要，但迄今為止描述半固態鋰電池完整反應動力學過程的理論模型還沒有被建立。本課題將首先在逾滲導電模型的基礎上，結合多種表征手段，研究複合電極的微觀結構演化規律以及複合電極顆粒大小、組成、濃度以及顆粒沉降速度與電極漿料導電穩定性之間的關係，並以電化學勢梯度為出發點，結合最新的固體互擴散理論，建立電池各材料和結構參數與電池電化學性能之間的模型關係，通過計算機仿真模擬和實驗驗證，研究不同充放電倍率下電池電化學反應的控制步驟，重點分析固體電解質膜的主要特徵參數對電池極化和衰減性能的影響規律，指導半固態鋰電池電極漿料的改性製備和電池反應器結構的最佳化設計。

結題摘要

半固態鋰電池（鋰漿料電池）是一種低成本、高安全、易回收的新型電化學儲能技術，本項目針對其特點，從電極漿料的懸浮導電性及微觀結構演化規律研究、電池電化學動力學過程分析與建模仿真以及電池極化分析及性能最佳化設計三個方面開展工作。代表性成果如下：（1）獲得了電極漿料的懸浮導電特性、鋰離子擴散係數和固體電解質膜（SEI膜）阻抗隨漿料固含量以及電壓、電流的變化關係；（2）建立了耦合電極漿料導電擴散模型、集流內阻解耦結構模型和SEI膜半經驗生長模型的電池電化學動力學模型框架，模擬了不同電池材料及結構參數對電池性能的影響；（3）結合集流體表面改性和不同的充放電機制，揭示了集流體表面特性對電池極化的影響及不同電流下的電池極化內阻變化規律，指導不同容量等級的電池性能最佳化設計。在項目執行期間，發表相關學術論文6篇（其中SCI收錄2篇，EI收錄1篇），申請國家發明專利2項，培養在讀及畢業研究生3名。相關研究結果為鋰漿料電池的關鍵技術開發和產品研製提供了重要的理論基礎，目前團隊第一代鋰漿料電池中試產品已在太陽能路燈系統和低速電動車系統中開展了成功的測試套用。