储能科学与技术

锂硫电池关键材料与技术的研究进展

陈雨晴1, 2，杨晓飞1, 2，于滢1, 2，李先锋1, 3，张洪章1, 3，张华民1, 3

2017 (2): 169-189. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0091

摘要 ( 540 )

PDF(25416KB) ( 1070 )

锂硫电池在理论上具有2600 W•h/kg的质量比能量和2800 W•h/L的体积比能量，且材料成本低廉、环境友好，可以满足很多新兴技术的要求，受到学术界和产业界的广泛关注。但是其在产业化开发过程中遇到诸多技术难题，需要通过正极、负极、隔膜、电解液等基础材料的开发和制造技术的进步获得不断突破。本文从产业化应用的需求出发，总结了锂硫电池在提高其安全性能、循环寿命、功率密度及比能量等方面存在的问题及解决方案，提出电池循环过程中产生的体积变化主要是由于锂负极的不均匀沉积引起的，最后结合电池成本及应用要求预测了未来锂硫电池研究的重要方向。

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锂电池百篇论文点评（2016.12.1—2017.1.31）

武怿达，詹元杰，陈宇阳，陈彬，王昊，赵俊年，金周，张华，俞海龙，贲留斌，刘燕燕，黄学杰

2017 (2): 190-203. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.00014

摘要 ( 652 )

PDF(14223KB) ( 1323 )

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“batter*”为关键词检索了Web of Science从2016年12月1日至2017年1月31日上线的锂电池研究论文，共有2100篇，选择其中100篇加以评论。正极材料主要研究了三元材料、富锂相材料和尖晶石材料的结构和表面结构随电化学脱嵌锂变化以及掺杂和表面包覆及界面层改进对其循环寿命的影响。硅基复合负极材料研究侧重于嵌脱锂机理以及SEI界面层，电解液添加剂、固态电解质电池、锂硫电池、锂空气电池的论文也有多篇。原位分析偏重于界面SEI和电极反应机理，理论模拟工作涵盖储锂机理、动力学、界面SEI形成机理分析和固体电解质等。除了以材料为主的研究之外，还有多篇针对电池、电极结构进行分析的研究论文。

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六水氯化镁相变储热材料的研究进展

王会春，凌子夜，方晓明，苑坤杰，张正国

2017 (2): 204-212. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0061

摘要 ( 846 )

PDF(9976KB) ( 372 )

六水氯化镁（水氯镁石）的相变温度为117 ℃左右，相变焓为160 kJ/kg，具有储热密度大、不可燃性、价格相对低廉以及热导率较高等优点，是中温储能领域重要的相变材料。本文综述了六水氯化镁的相变温度、相变焓、比热容、热导率、密度等热物性研究进展，揭示了六水氯化镁作为相变材料存在过冷特性、相分离、腐蚀性的固有缺点，分析了加入合适成核剂和增稠剂改进其性能的方法。同时，综述了六水氯化镁在储能领域作为单种或混合相变材料的应用。六水氯化镁与其它的盐混合（共晶）后相变焓较大，具有良好的应用前景。

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基于碳材料的有机复合相变材料导热增强研究进展

朱教群，宋轶，周卫兵，刘凤利

2017 (2): 213-222. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0080

摘要 ( 502 )

PDF(9941KB) ( 439 )

有机相变材料（PCMs）的导热系数小、储热放热速率低，在一定程度上限制了它的实际应用。以碳材料为吸附载体或填料的形式与有机相变材料进行复合，利用其优异的导热性能来提高有机相变材料的导热系数，已成为储热技术的研究热点。本文介绍了几种碳材料的特点，重点综述了国内外在利用多孔碳材料、碳纤维以及碳纳米材料改善有机相变储能材料导热性能方面的研究现状。指出多孔碳材料既能改善有机相变材料的导热性能，又能对相变材料起到封装作用，具有广阔应用前景，提出新兴碳纳米材料在相变导热强化方面具有巨大优势，纳米复合相变材料在未来仍是研究热点，应加大研究力度。

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预锂化技术在能源存储中的应用

明海1,2，明军3,4，邱景义1,2，张文峰1,2，张松通1,2，曹高萍1,2

2017 (2): 223-236. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0096

摘要 ( 718 )

PDF(19034KB) ( 1168 )

简述了预锂化技术在锂离子、锂硫/锂空气、锂离子电容器及相关能源存储技术中的最新研究进展。预锂化技术主要包括原位掺杂、接触反应、电化学和化学锂化等。该方法可改善锂离子电池高比容负极材料的首次不可逆容量、锂硫/空气电池负极的锂损耗和安全性、锂离子电容器负极的锂补偿等问题，提升能源存储系统的性能。然而，预锂化后电极表面的固体电解质界面膜形成、枝晶生长、电解液分解以及电极内部热效应等关键问题对系统的能量/功率密度、寿命和安全性能也有重要的影响。只有充分认识和了解上述相互作用机制，并实现预锂化过程的简化与锂化程度的精准控制，才能确保预锂化电极技术的大规模使用。因此，系统地分析梳理预锂化技术在能源存储技术中的应用情况，有助于全面认知预锂化技术的发展、研究和应用现状，也可为相应及其它相关电源体系（钠电池等）的进一步发展提供科学参考和理论依据。

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老化对磷酸铁锂电池在绝热条件下的产热影响

罗英1,2,3，吕桃林1,2，张熠霄2,3，晏莉琴2,3，刘辉2,3，解晶莹1,2,3

2017 (2): 237-242. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0084

摘要 ( 466 )

PDF(6814KB) ( 863 )

采用加速量热仪对不同老化状态下的磷酸铁锂电池在绝热条件下的充放电和过充电产热展开研究，并考察循环次数、循环倍率、搁置时间、搁置荷电态等老化因素对锂离子电池过充特性的影响。结果表明，随着循环次数增加，电池充放电和过充电平均发热功率均增加。相比于0.5C循环，以1C倍率循环的电池过充升温幅度以及平均发热功率反而减少。这可能是由于电池在高倍率下循环形成较厚的界面膜，消耗了部分电解液，导致过充过程中可分解的电解液总量减少，从而使得放热量减少，放热平均功率降低。随着高温搁置时间增加，电池充放电和过充电平均发热功率同样增加。而满电态搁置的电池的过充升温幅度以及平均发热功率小于半电态搁置的电池。这可能与电池在高荷电态下搁置电解液量分解更多有关。在相近的容量损失情况下，搁置老化对电池的充放电和过充平均发热功率的影响更大。

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电动汽车退役电池储能应用潜力及成本分析

刘坚

2017 (2): 243-249. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0090

摘要 ( 721 )

PDF(6756KB) ( 1174 )

动力电池梯次利用不仅可以有效降低电动汽车用户和电力系统储能的成本，还可帮助缓解大量动力电池退役所带来的电池回收和环境污染压力。虽然国内部分企业及科研机构已开始尝试退役动力电池梯次利用，但对其利用潜力规模及经济性的分析仍然非常有限。本文在参考国外相关研究的基础上，结合国内电动汽车市场环境及车型特点，评估了未来电动汽车退役电池在电力系统中的储能应用潜力并分析了应用经济性。研究发现在可预见的电动汽车销量增速下，未来退役动力电池应用于电力系统储能具有巨大潜力，且随着电池模组标准化及电芯故障率降低逐渐显现其成本优势。

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铅酸蓄电池的二次利用

纪哲夫，谢欢欢，罗文杰

2017 (2): 250-254. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0101

摘要 ( 498 )

PDF(4741KB) ( 513 )

目前铅酸蓄电池的二次利用，主要是在电池报废之后，将蓄电池拆解后分类、极板回炉、塑料回路、生成原材料这几方面，而本文主要针对电力系统中报废的阀控式铅酸蓄电池在使用科学的修复技术修复后，应用至光伏发电系统、家庭储能等场景中的可行性进行分析。本文首先分析了电池过早失效的原因主要是硫酸盐化及缺水，然后简单介绍了最新行业标准推荐的修复技术修复液修复法，可有效解决铅酸蓄电池硫酸硫化及缺水问题，并有效恢复失效电池的容量、降低内阻，再分析修复后电池在储能领域运用的可行性。同时探讨了修复后的阀控式铅酸蓄电池在家庭光伏发电储能、家庭储能、储能电站的应用方案，并对未来报废电池在这些领域的应用提出了展望。

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癸酸-硬脂酸/陶粒相变蓄热混凝土的制备及性能

朱教群，李佳龙，周卫兵，李儒光

2017 (2): 255-262. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0078

摘要 ( 382 )

PDF(13160KB) ( 215 )

采用真空吸附法使多孔陶粒吸附癸酸-硬脂酸复合相变材料，经硅溶胶表面封装后制备出相变陶粒，然后将其作为粗骨料制备蓄热混凝土。研究了癸酸-硬脂酸复合相变材料的热物性和蓄热混凝土抗压及抗折强度在热循环前后的变化规律，通过模型房实验对比分析了蓄热混凝土的蓄热性能，采用热工计算研究了相变墙的蓄热能力。结果表明癸酸-硬脂酸复合相变材料经过600次热循环后热稳定性良好，相变陶粒掺量为60%（质量分数）的蓄热混凝土试块经过600次热循环后抗压及抗折强度分别比热循环前增加了22.3%和13.2%，模型房实验对比发现，在中心温度和内侧面温度处，相变模型房的平均温度比普通模型房分别低5 ℃和6 ℃，相变蓄热时间持续约25 min，通过热工计算，在202 mm外墙的混凝土层中掺入4.20 kg/m2相变陶粒后，其与282 mm外墙有相同的隔热效果,说明该相变陶粒可以提高墙体的蓄热能力。

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氧化石墨烯修饰碳毡作为钒电池正极材料的电化学性能

井明华，范新庄，刘建国，严川伟

2017 (2): 263-269. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0074

摘要 ( 518 )

PDF(6952KB) ( 360 )

作为液流电池的关键电极材料，碳毡是钒离子电极反应发生的场所，但其有限的电催化活性及反应面积严重制约了钒电池性能的提高。考虑到氧化石墨烯具有丰富的含氧官能团和良好的亲水性，可以通过简单的物理吸附法将氧化石墨烯修饰于碳毡表面，并将其作为钒电池正极材料，考察它对正极反应活性及电池性能的影响。实验结果表明，氧化石墨烯的修饰能够明显改善碳毡电极的亲水性，进而使其电化学表面积得到很大提高。值得关注的是，电化学测试结果说明，尽管氧化石墨烯/碳毡复合电极对 /VO2+ 的反应活性大幅增加，但其主要得益于电极有效反应面积的提高，而电催化活性的贡献则相当有限。此外，单电池测试结果表明，充放电电流密度越大，电池效率提高的越明显，这也说明了氧化石墨烯/碳毡复合电极具有良好的倍率性能。

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储能用锂离子电池及其系统国内外标准研究

高平，许铤，王寅

2017 (2): 270-274. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0070

摘要 ( 589 )

PDF(4085KB) ( 994 )

储能技术作为支撑智能电网和新能源发展的关键技术，已成为国际产业竞争的热点。锂离子电池因其能量密度高、自放电小、循环寿命长等优点，被认为是储能领域最具应用前景的技术之一，然而相关标准的缺失在一定程度上阻碍了锂离子电池储能系统的发展。针对这一问题，通过多层级多学科的系列标准搜集与关联度研究，并结合大型储能用锂离子电池的应用特点和安全性评测要求，进行相近领域标准在储能系统中的适用性研究，为储能用锂离子电池及其系统相关标准的建立和完善提供参考，对今后锂离子电池储能系统的大范围推广具有积极意义。

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光伏、光热联合SOC制氢、发电系统设计

吕泽伟，韩敏芳

2017 (2): 275-279. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0067

摘要 ( 578 )

PDF(4600KB) ( 509 )

为了解决光伏发电和光热发电共同面临的储能困难问题，构建了一种结合光热制汽、光伏发电、固体氧化物电解池（SOEC）电解水制氢以及固体氧化物燃料电池（SOFC）发电互补的可持续发电系统，并进行了系统参数以及能效优化平衡计算。结果表明，以日光照5 h为基础时，1 MW发电量的发电系统由8.407 MW的光伏系统、加热功率6.756 MW的光热系统、制氢速率0.0698 kg/s的SOEC系统以及1 MW的SOFC发电系统构成。系统全天发电效率可以达到9.4%，考虑到假设条件比较严苛，能够说明系统整体具有可行性。此外，系统的产出还包括制取的纯氧，可以作为副产品加以存储利用。该系统利用光热系统产生的高温蒸汽进行高温电解，能够有效降低电能消耗，从而提高储能效率。这种抽取部分过剩电力电解高温蒸汽的储能方式也可以应用到其它可再生能源发电系统当中，在高效储能的同时起到削峰填谷的作用。

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一种储能技术发展与储能标准耦合度计算方法

张涛1,2，顾洁1,2，张宇3，方陈3

2017 (2): 280-286. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0063

摘要 ( 448 )

PDF(7265KB) ( 319 )

随着储能技术的进步及应用场景的拓展，国内外对于储能领域的重视程度与日俱增。鉴于目前国内无论是储能技术还是储能标准都处于初期发展阶段，对于储能技术发展与储能标准之间的耦合度进行量化分析，有利于梳理储能技术与标准发展的障碍，促进我国储能产业健康稳步的发展。本文提出了储能技术和储能标准评价指标体系，进一步建立储能技术与标准的耦合模型，形成了一种储能技术与标准的耦合分析方法。利用该方法对我国目前典型储能技术与储能标准耦合情况进行实例分析，结果表明，目前二者整体耦合性中等，而我国整个储能产业依旧处于较低的发展水平。

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石油钻机起下钻具能量特性实验研究

杜广义1，李振智1，李海波2，牛跃进3，郭巧合4，戴兴建5

2017 (2): 287-295. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0064

摘要 ( 359 )

PDF(6593KB) ( 326 )

目前石油行业机械钻机传动系统运行中的能量消耗分布状态及系统传动效率缺乏相关研究，本文利用特制的钻机多参数检测装置，经过对中原油田文-409井施工的实验数据采集，全面获得了钻井起下钻具作业时传动系统的运行状态变化、功率变化的实时特性数据，并进行了能量转换分析。实验结果和数据分析表明：钻机起升系统的作业中，负荷具有的周期变化和冲击特性，为适应冲击负荷，钻机的柴油机动力容量配置偏高，传动效率较低（起钻传动效率38%～54%，下钻传动效率41%～59%），机械传动系统的节能改进有较大空间。本文实验数据也为研究机械钻机系统能量回收、利用和动力调峰运行技术提供了基础实验数据。

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一种蓄电池和超级电容器复合储能系统

郭亮1，贾彦2，康丽1，王灿1

2017 (2): 296-301. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0102

摘要 ( 396 )

PDF(7020KB) ( 658 )

在离网型风电系统中，由于风力和风向的不断变化，系统输出功率会产生脉动的波动，进而影响系统的稳定性。储能系统能够在一定程度上平滑系统输出的功率波动，改善发电系统输出功率的稳定性。简要地叙述了应用于离网型风电系统中的储能技术研究现状，提出了一种使用超级电容器和蓄电池并联的复合储能系统，在PSIM软件中建立了该系统的模型，同时进行了系统实验的回路制作研究。仿真实验结果表明，系统对频率为0.2～9 Hz的输入波动具有很好的抑制效果。

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相变材料热性能及其在室内被动式储能系统的简易计算

崔艳琦

2017 (2): 302-306. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0002

摘要 ( 439 )

PDF(4136KB) ( 562 )

相变材料具有固定的相变温度，当环境温度高于或低于相变温度时，自动发生熔化或凝固，同时吸收或释出潜热，在熔化和凝固过程中，保持温度恒定。相变材料这种独特的性能，得到了全世界各国政府和研究机构的高度重视。本文综述了相变材料的相变潜热、相变温度及传热系数等主要热性能，介绍了相变材料在室内应用的被动式基本结构模型，并参照前人研究结果，简易计算出相变材料在室内被动式控温需要相变材料的数量，为相变材料在室内等领域的推广应用和效益评估提供参考。

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无机固态锂电池专利分析

张波，崔光磊，刘志宏，张舒，陈骁

2017 (2): 307-315. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0077

摘要 ( 469 )

PDF(6292KB) ( 823 )

利用德温特数据库和中国科学院专利在线分析系统，通过对无机固态锂电池技术领域的专利进行分析，揭示该技术领域当前的专利活动特点，为我国在该领域的科技创新和产业化提供参考。本文主要针对无机固态锂电池专利的年度分布、研发布局、国家和地区分布、重要申请人等开展分析，并对近年来我国受理的无机固态锂电池的专利开展了重点分析。

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锂离子电池电解液专利技术分析

于涛，周述虹，阎澄，张健

2017 (2): 316-322. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0073

摘要 ( 499 )

PDF(5298KB) ( 915 )

随着消费电子产品和新能源汽车的发展，锂离子电池越来越受到各国的重视。电解液作为锂离子电池的重要组成部分，其材料的选择和性能的好坏，将直接影响锂离子电池的电化学性能、安全性能以及寿命等。为了解锂离子电池电解液专利技术在世界范围以及中国的发展和分布，通过在德温特世界专利索引数据库（DWPI）和中国专利文摘数据库（CNABS）的检索，分别从申请趋势、技术主题分布和重要申请人的角度，对该领域的国内外专利情况进行统计和分析。结果表明，日本在锂离子电池电解液领域具有绝对优势，韩国仅随其后，我国次之。从专利数量来看，我国已与发达国家接近，但基础和核心专利欠缺，导致其实际上仍处于落后的地位；在各技术主题方面，电解质锂盐、有机溶剂和添加剂已形成固有格局，新型产品的开发以及混合搭配使用成为企业的突围之道；我国国内重要申请人中，行业技术分散，缺乏龙头企业，同时，企业和高校并存，产学研一体化成为发展的另一契机。基于以上分析，对我国今后在锂离子电池电解液领域的专利技术发展和布局提出建议。

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基于专利分析的锂离子电池储能技术发展态势

胥彦玲，李纯，扆铁梅，张红

2017 (2): 323-329. doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0105

摘要 ( 458 )

PDF(7273KB) ( 429 )

锂离子电池是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源，已成为各国竞相竞争的技术热点。专利技术能够反映某一技术领域创新发展的现状和历程，已成为开展竞争情报的重要信息源。本工作从专利角度出发，通过对锂离子电池储能技术领域专利的分析，发现和了解锂离子储能技术的发展态势，以期为我国政府与企业的战略决策提供参考与借鉴。

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