Page 126 - 能源动力工程的发展与展望

D 能源动力工程的发展与展望
evelopment and Prospects of Energy and Power Engineering

式。通过静水压力负载测试探究了 EISB 在实际应用时外部的负载对其内部电芯
性能的影响。其研究结果表明，在弹性范围内，力学性能和充放电性能之间的影
响很小，变化范围仅在 1% 以下；当静水压力达到 2MPa（相当于水深 200m）时，

电池的容量仅下降 6%~8%。由此证实，EISB 具有出色的力学性能，且在较大压
力下仍能保持较高的电容量。针对格栅结构形式的 EISB，Ladpli 等做了结构优
化设计。将聚烯烃隔膜的镍钴锰酸锂电池封装在碳纤维复合材料层压板中，并引
入聚合物铆钉结构固定电池层，在温度 100℃压强 0.5MPa 下热压成型，其结构

如图 5 所示。铆钉互锁结构抑制了电极层之间的相对滑动，对其抗弯刚度的增益
有显著提升，在弯曲疲劳测试 1000 次循环后采用铆钉结构的容量减少了约 3%，
直流阻抗增加约 3%，而未采用铆钉结构的容量减少了约 25%，直流阻抗增加
约 21%。经估算，SB 结构 ΩS 约为 0.8，ΩE 约为 0.6。针对三明治结构形式的
EISB，Pattarakunnan 等和 Galos 等做了结构优化设计。将锂离子聚合物电池（LiPo

电池）嵌入碳纤维三明治夹芯结构芯部的泡沫中做三点弯曲测试并以 1C 倍率恒
流充电 / 放电测试，在整个充电 / 放电过程中聚合物锂离子电池的内阻、容量、
充电 / 放电特性变化范围仅在 5% 左右，经估算，该结构的 ΩS 约为 0.7，ΩE 约

为 0.6。其内部的泡沫芯材容易沿着电池的方向开裂。结果表明，聚合物锂离子
电池在不同的负载条件下都具有较高的电性能保持率。
相比于传统的锂离子电池，封装聚合物锂离子电池能有效提高 SB 的力学性
能。由上述研究可以看出，EISB 通过引入增强材料、优化集成材料、改善制造

工艺等方式取得了一定进展，但仍存在以下一些值得探讨的问题：①如何设计格
栅结构或点阵拓扑结构来提高其结构效率；②如何通过改善电池的力学性能和储
能性能提高其能量效率；③如何优化复合材料与电池之间的界面实现从结构到电
池元件的连续性，从而获得最大的能量效率。

（二）多功能复合材料结构电池
MCSB 结构电池的本质是基于锂离子电池的充放电机制，从复合材料结构
设计的角度出发，通过构成氧化还原反应体系来赋予复合材料储能性能。相比于
EISB，其内部的结构更加均匀连续，相界面处的结合更加紧密，有利于提高力

的传递效率，有望实现更高的 ΩS 和ΩE。MCSB 主要有两种设计思路。一种是
以单根纤维做电极，聚合物基体作结构电解质构成的 3D 结构。另一种是碳纤维
做结构阳极，涂有活性材料的碳纤维织物做结构阴极，采用全固态结构电解质粘

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