卡特蓄电池一种用于延长可再生能源系统中锂基储能技术电池循环寿命的新型低频脉冲充电技术
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卡特蓄电池 发布时间：2026-03-25 09:10:30 点击： 次
引言
将日益增长的可再生能源技术与持久、成本优化且高性能的电池技术相结合，已成为全球能源政策中国家的主要目标之一[1]。近年来移动能源需求的快速增长极大推动了电池技术的发展。当前，电池单体已广泛应用于所有对移动性要求至关重要的领域——从电动汽车到便携式电子设备，从可穿戴电子装置到航天飞行器皆可见其踪迹。理想电池单元需兼具长循环寿命、优异的能量功率比和稳健的热稳定性，同时保持成本效益与紧凑尺寸。任一性能指标的欠缺均可能导致系统整体效率降低。由于锂基技术具有整合这些多元化优势的能力，其仍是当代储能架构中应用最广泛的解决方案[2]。锂基电池作为当今最主要的二次电池，其能源需求预计到2030年将达到2035吉瓦时[3]。锂基电池的广泛应用不仅源于近十年来原材料成本的大幅下降，更因锂是电负性最低的金属元素。凭借其极高的电极电位（−3.045 V）特性，锂能高效充当阳极材料，易于释放电子形成正离子，从而提供卓越的电化学性能[4]。锂基技术具有人们对电池单元期望的诸多优势，其循环寿命优于其他类型电池，但根据工作条件不同会出现容量衰减问题。与所有电池单元类似，锂基电池单元的性能在很大程度上取决于其内部结构所采用的阳极、阴极、隔膜和集流体等组件的发展水平。在能量转移过程中，这些组件会经历一系列复杂的化学反应，可能引发物理或化学层面的劣化现象，从而对电池整体性能产生不利影响[5]。
多种具有不同功率和能量密度的锂离子电池化学体系已在各工业领域实现商业化应用。其中，商业化锂钴氧化物(LiCoO2)电池因其高循环寿命(≥1000次循环)[6]而被广泛应用于智能手机、无线音频系统和显示技术领域。基于锂钴氧化物的锂离子电池(LCO基锂离子电池)凭借其高充电截止电压(>4.4V)的优势，在3C(计算机、通信和消费类)电子产品领域占据主导地位。）以及卓越的体积能量密度[7]。1980年，Goodenough首次将氧化物基正极材料应用于可充电锂离子电池[8]。在基于钴酸锂（LCO）的电池技术中，钴酸锂广泛用作正极材料，而以嵌锂石墨作为负极材料[9]。石榴石型电解质因其在LCO基电池技术中正极/电解质界面反应较低，成为抗容量衰减最稳定的电解质之一。然而，即使这两种材料之间发生极微弱的反应也会阻碍锂离子传输，从而导致电池容量衰减和老化[10]。电池老化程度受多种因素影响，包括温度、荷电状态（SoC）、生产后的存放时间（日历老化）以及充放电条件等。) and extraordinary volumetric energy density [7]. Oxide-based cathode material was first applied in rechargeable LIBs by Goodenough in 1980 [8]. In LCO-based battery technologies, lithium cobalt oxide is widely used for cathode material, while graphitic carbon with intermediary lithium for anode material [9]. Garnet electrolytes are one of the most stable against capacity loss due to the lower surface reaction between the cathode/electrolyte in LCO-based battery technologies. However, even very low reactions between these two materials prevent Li-ion transfer, and this leading to cell capacity loss and battery aging [10]. Battery aging varies depending on a few criteria such as temperature, state of charge (SoC), time spent after production (calendar aging), and charge/discharge conditions.
在开发二次（可充电）电池之前，研究重点集中于开发具有更高能量密度的电池单元。锂离子电池于1991年首次实现商业化，其性能远超该需求标准。尽管相比多数其他电池体系具有更长的循环寿命，锂基电池仍存在老化与容量衰减问题。近年来，基于充电技术与活性材料掺杂技术的多项科学研究已开展，旨在缓解上述问题。
