锂离子电芯老化建模:整合活性材料损失、电解液降解、SEI 生长与析锂
一项发表于 Journal of Energy Storage 的研究提出锂离子电芯老化建模方法,将活性材料损失、电解液降解、SEI 生长与析锂四种老化机制整合进同一模型。作者为 Prasath Raj、Ernst Richter、Kai Schofer、Julian Kempf、Florence Michel、Alexander Fill 和 Kai Peter Birke。
一项发表于 Journal of Energy Storage 的研究提出锂离子电芯老化建模方法,将活性材料损失、电解液降解、SEI 生长与析锂四种老化机制整合进同一模型。作者为 Prasath Raj、Ernst Richter、Kai Schofer、Julian Kempf、Florence Michel、Alexander Fill 和 Kai Peter Birke。
Applied Energy 刊发研究,解析铁铬液流电池容量衰减机制,指出电解液失衡是关键诱因。作者为 Yujia Zhang、Xu Yang、Qiang Ye、Zhiqi Ma,论文收录于该刊第 427 卷 Part D。
研究系统考察了氟化碳酸二乙酯(fluorinated-DEC)中三氟甲基的数量与取代位置对 Li+ 溶剂化行为的影响,发现对称双三氟甲基取代的 DEC 基溶剂可形成富阴离子和 FEC 的溶剂化结构,促进稳固的 CEI 生成。采用该电解液的高负载(10.5 mg cm−2)Ni-rich LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 正极在 4.6 V 下循环 300 次后容量保持 80%。
一种分子取向电解质(MAE)通过在水系电解液中引入不溶性配体,利用苄叉丙酮(BA)与 2-萘酚聚氧乙烯醚(NPE)之间的 π−π 堆叠形成纳米聚集体,在正负极界面构建疏水层并生成富氟 SEI。Zn//Zn 电芯在 1 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻² 下稳定循环超 4500 h,Zn//NH₄V₄O₁₀ 软包电芯容量超 1.3 Ah、循环 900 次以上,容量保持率 81.8%。
一项对比研究评估了 LSTM、TCN、Transformer 等深度时序模型在锂离子电池 SOH 预测中的表现,并引用 Severson、NASA PCoE、CALCE 等公开数据集与代码库作为基准。研究梳理了从 EKF 到 PatchTST 的 SOH 估计方法演进,涉及增量容量与迁移学习等技术路线。
研究探讨了双层结构设计如何影响硅/石墨基锂离子电池电极的机械稳定性。通过调整层状电极结构,可调控硅/石墨复合电极的力学-电化学耦合行为,缓解充放电过程中的应力积累与电极衰减。该设计策略为高硅含量负极的机械稳定性优化提供了结构层面的解决思路。
羟乙基纤维素(HEC)被用作功能重构前驱体,通过“孔隙缝合”策略修复脱矿生物质硬碳中被离子刻蚀破坏的碳骨架,将孔隙结构重新分布为微孔/超微孔域。
针对燃料电池混合动力汽车,研究提出融合轻量 Transformer 车速预测与 D3QN 的深度强化学习能量管理策略,以等效氢耗、燃料电池耐久性损失、锂离子电池健康状态衰减和 SOC 均衡构建多目标运行成本函数。
Journal of Power Sources 刊发研究,以层状双氢氧化物作正极构建长寿命双离子电池。作者为 Qingyan Yuan、Yunjia Wu、Zelin Wu、Qing Yin、Jingbin Han,论文收录于第 698 卷,出版日期为 2027 年 1 月 15 日。
Journal of Power Sources 刊发综述,系统梳理 Li-S 电池中锂金属负极界面的失效机制与实用化稳定策略。作者 Dhilip kumar Chinnalagu 等人围绕该界面从失效机理到稳定化路径展开分析,论文收录于第 698 卷,出版日期为 2027 年 1 月 15 日。
针对尼日利亚 Usen 社区的 Solar PV–Biomass–Diesel 混合微电网,该研究用 8760 小时合成数据与 Firefly 启发式搜索评估 100–550 kWh 候选电池容量。
针对尼日利亚 Usen 社区的 Solar PV–Biomass–Diesel 混合微电网,该研究用 8760 小时合成数据与 Firefly 启发式搜索评估 100–550 kWh 候选电池容量。
针对 BESS 网络在电网切换场景下的分布式经济调度问题,该研究在闭环误差中引入反馈耦合项,并采用带 reset 机制的 PI 控制器提升边际成本共识的速度与控制精度,通过矩阵特征值分析保证系统性能。测试覆盖电网切换、分时电价、负载切换、BESS/agent 即插即用及大规模系统应用。
研究系统考察了 NMC 与 LMFP 按 70/30 和 50/50 wt.% 混合的正极在未压实、中度压实与硬压实下的表现。混合正极的倍率优势仅在未压实至中度压实时保留,硬压实会引发传质受限、丧失倍率收益并恶化循环性,且未带来可测量的循环寿命提升。Nb 稳定化 NMC 可改善 70/30 混合正极的循环性与能量保持,兼顾倍率能力与成本-能量平衡。
发表于 Chemical Engineering Journal 的研究对 Mn 基 LDH 的容量衰减机制提出新认识,为开发低成本、高容量、长寿命的水系储能体系提供依据。作者为 Jinyue Song、Zhihui Ni、Zhaoyang Song、Qiying Yang、Yusheng Luo、Ke Gong、Shuang Liu、Wei Liu,论文收录于该刊第 549 卷。
研究提出一种强化学习增强的三层混合 BESS-氢储能系统,用于可再生能源微电网,并引入自适应可靠性阈值与老化感知机制。该方案将电池储能与氢储能分层协同,通过强化学习优化调度,兼顾供电可靠性与电池老化影响。成果发表于 International Journal of Hydrogen Energy 第 282 卷。
一种"可逆-牺牲"通用策略将废正极材料转化为过渡金属/Li₂O 纳米复合物,作为高效牺牲锂源,首次充电时产气可忽略。该策略通过将废正极粉末涂覆在商用隔膜上,室温下与厚锂箔接触锂化,制成供锂隔膜,避免电极损伤,提升可逆容量、循环稳定性及零电压存储与过放耐受性。该方法适用于多种正极体系和混合正极废料,为电池回收与补锂提供可规模化路径。
一种预吸附 NO₃⁻ 的氧空位工程 BaTiO₃(BTOVN)层被集成到聚丙烯隔膜上,通过铁电偶极选择性降低目标阴离子能级,将 NO₃⁻ 靶向界面并促进 NO₃⁻ 与 PF₆⁻ 还原分解,形成富含 Li₂O、Li₃N 和 LiF 的更薄更坚韧 SEI。高电压锂金属全电池 500 次循环后容量保持率达 89.1%,长期静置后仍能稳定运行。
一种两性离子偶氮分子 ABPS(4,4′-azo-bis(1-pyridinium-3-propane-sulfonate))被用作酸性水系有机液流电池正极电解液,在 2.0 M H2SO4 中溶解度达 1.30 M,氧化还原电位 0.820 V vs SHE。
一种通过原位聚合 AMPSNa 与交联剂 PETA 制备的凝胶聚合物电解质(GPE),可将 AMPS⁻ 阴离子锚定在聚合物骨架上,削弱 Na⁺ 溶剂相互作用并优化其去溶剂化动力学,同时 AMPS⁻ 还原生成无机 SEI 组分加速 Na⁺ 传输。
磷碳(P/C)复合负极通过球磨引入痕量SbF₃掺杂,利用SbF₃优先于磷被还原的特性,在首次嵌锂时原位形成富含Li₃Sb和LiF的杂化SEI。该界面兼具高机械刚性与快速离子传输,抑制多磷化物溶解穿梭,使P/C-SbF₃负极在1 A g⁻¹下循环500次后仍保持970.10 mAh g⁻¹容量,15 A g⁻¹下倍率容量达893.84 mAh g⁻¹。
高熵氧化物/埃洛石纳米管复合硫宿主(HEO/HNT)通过金属 3d 与 Al/Si 3p 轨道耦合增强多硫化钠吸附并降低转化能垒,加速 Na₂S₄ 向 Na₂S₂/Na₂S 的还原动力学。S@HEO/HNT 正极在 1 C 下 450 次循环后保持 1225 mAh g⁻¹,在 10 C 下 2500 次循环后保持 478 mAh g⁻¹,单圈容量衰减仅 0.008%。
一种湿法冶金升级回收策略将混合废旧锂电池转化为高性能 NMC622 正极和电池级石墨,用全部升级回收材料组装的全软包电池在 2590 次循环后仍保持 70% 容量,循环寿命约为使用商用材料的电池的两倍。工艺评估显示回收材料利用率超过 95%,盈利能力提升 22.9%,温室气体排放和能耗分别降低 27.0% 和 29.4%。
硅负极模板催化 CVD 中,骨架模板与硅表面原生 SiOx 争夺同一有限碳源,导致骨架壁厚与包覆均匀性反向耦合。
发表于 Journal of Energy Storage 的研究提出一种废旧石墨负极高效回收策略,通过结构缺陷修复与界面构建实现再生。作者为 Naizhe Zhang、Xue Jiang、Wei Gong、Jian Ding、Chenxi Hou、Zhe Wang、Xuegang Liu。
一项发表于 Journal of Energy Storage 的实验研究,针对圆柱锂离子电芯的强制风冷电池热管理系统,考察了电芯排布方式、间距和气流对散热效果的影响。研究由 Burak Muratçobanoğlu 等人完成,为风冷热管理设计提供实验依据。
Journal of Energy Storage 刊发研究,考察循环老化与压痕速度如何影响锂离子软包电芯在机械滥用下的机械-电-热行为。作者为 Yangjie Lin、Mingzhe Zhou、Wanrong Guo、Jinyu Yan、Yun Chen、Yongrou Zhang、Lingling Hu,发表于该刊第 182 卷 Part F。
Journal of Energy Storage 刊发研究,探讨机械预紧与阻抗优化对圆柱形锂离子电池性能的提升作用。作者为 Maximilian Schinagl、Lukas Mracek、Christoph Drießen、Jun Yin、Markus Fasching 与 Christian Ellersdorfer。
江南大学等团队提出 BiGRU-TACL 深度多任务学习框架,用于电池剩余使用寿命(RUL)预测。该框架用时序感知对比学习(TACL)按循环数与 RUL 差异构造正负样本,结合在线难例挖掘(OHEM)、区域加权回归损失与边界惩罚,并以同方差不确定性自适应平衡回归、健康阶段分类和对比学习三项任务。在 NASA 与 CALCE 数据集上,R² 至少达 0.96,阶段分类准确率超过 0.93。
液态补锂剂研究覆盖从分子设计到全电芯生命周期管理的完整路径,目标是通过补锂补偿锂离子电池在循环中的活性锂损失。相关策略包括预锂化与牺牲剂方案,如Li₂O牺牲剂实现高能量密度无初始负极锂电池,以及稳定锂金属粉末(SLMP)对硅碳纳米管负极的预锂化。
罗马 Sapienza 大学发布数据集,基于 Zhang et al. (2020) 公开的 45 mAh LiCoO₂/石墨纽扣电池 EIS 测量数据,将 4 个电芯(25C04、25C06、25C07、25C08)循环至 EOL,在充放电循环的 9 个状态记录 EIS 谱。
北京大学庞全全团队在 Nature Communications 发表研究,通过预嵌入固-固氧化还原介体实现全固态锂硫电池的快充与长循环。该工作由北京大学联合 KIT、吉森大学、武汉理工等机构完成,获国家自然科学基金及国家重点研发计划等项目资助。
一项发表于 Journal of Energy Storage 的研究提出循环内与循环间联合建模方法,用于锂离子电池健康状态(SOH)与剩余使用寿命(RUL)的协同估计。作者为 Qiang Zheng、Yuting Zhang、Chao Li、Yang Lu、Boyuan Yang。
一篇综述提出以"等效电力服务"为统一比较边界,判断固定式储能电池延长使用还是更换更低碳:在相同功率、能量、时序与可用性下比较。测量容量、可用能量与往返效率受工况、温度和系统损耗影响,三者约束不同;在固定效率假设下,当避免的运行排放超过更换的净增量负担时,更换才变得有利,而该阈值随工况与电力供应结构因装置而异。
collective-minds 发起开放实验,让独立 AI 智能体与人类协作攻克癌症、清洁能源、电池能量密度等难题,要求先复现一个已发表的表格行再提改进。
研究者通过机械化学方法将分级结构NiSₓ框架与锂箔集成,构建出质量-电荷调控微区功能化锂负极(MCRM-Li),可分区体相锂并耗散局部电流密度,原位形成富Li₂S界面相并诱导Li₂S/LiF富集SEI。基于该负极的对称电池实现超过5380 h无枝晶沉积寿命,LiFePO₄全电池在2 C下循环1000次后容量保持94.1%。
研究者通过机械混合硫与硫化锂(Li₂S)合成部分锂化的 S@Li₂S 正极材料,Raman、ssNMR 和 S K-edge XANES 表征发现其中形成了可在室温下稳定的多硫化锂(Li₂Sₙ)物种,挑战了多硫化锂在全固态电池中不稳定的传统观点。
研究团队用超声喷涂在 Al 箔上制备了非连续亲钠随机矩阵,以 <0.092 mg cm⁻² 的超低负载 Bi₀.₄Sb₁.₆Te₃ 纳米层引导钠致密成核与平面沉积。
一种负载Ga-In液态金属的PVA水凝胶电解质通过可控释放液态金属,在锌负极原位构建保护界面,促进Zn沿(103)晶面沉积并溶解枝晶。使用该电解质的Zn对称电池在1 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻²下稳定循环6000 h,Zn||NH₄⁺-V₂O₅全电池在200 mA g⁻¹下运行超1750 h,容量保持率85%。
研究提出多选择性主导配位机制,揭示多盐高熵电解液(HEE salts)中富阴离子溶剂化环境的起源。MD 模拟与光谱表征显示,阴离子配位选择性提升使 Li+ 进入高度离域且动态可重构的溶剂化环境,诱导形成无机含量达 49.2% 的薄而均匀 SEI。混合五盐电解液使 250 mAh 软包电芯 200 次循环后容量保持率达 97.18%。