内阻差异对锂离子电池性能的影响

选用正负极体系相同但交流内阻不同的3款锂离子全电池进行电性能测试,比较不同的交流内阻对电池不同放电深度(DOD)下的开路电压、直流阻抗、功率的影响.结果表明:交流内阻的差异对锂离子全电池不同DOD下的开路电压影响不大;交流内阻越大的锂离子全电池相应的直流阻抗也越大,内阻差异在脉冲电流越大时对直流阻抗的影响越明显,在10%~80%DOD区间内,同一交流内阻的锂离子全电池直流阻抗变化不大;交流内阻小的锂离子全电池的功率较强,在深DOD区间下,锂离子全电池的功率明显降低.     

锂离子在LiMn2O4正极材料中的界面过程

采用交流阻抗法研究了锂离子在LiMn₂O₄正极材料中的界面过程.结果表明：LiMn₂O₄电极的交流阻抗复平面图中高频区的半圆，是由电解液中的锂离子在LiMn₂O₄表面吸附形成表面层的电阻和电容引起的，中频区的半圆是由电极LiMn₂O₄内的电荷转移反应电阻和双电层电容引起的，而低频区的直线则是由锂离子在LiMn₂O₄中的扩散引起的.     

一次锂-亚硫酰氯电池电化学阻抗谱与荷电状态

对Li/SOCl2实体电池不同荷电状态下电池电化学阻抗谱测试,结果表明,电池阻抗谱变化有很好的规律,主要体现在阻抗谱中两个圆弧的先较小后增大。这就有可能根据电池EIS谱局部变化特征来预测电池的荷电状态。在电池荷电状态≤40%时,其有效预测参数为阻抗谱高频端圆弧最高点对应的ImZ*,log(Z*)及相角θ*。     

采用多模模型的锂离子电池荷电状态联合估计算法

针对单一的等效电路模型难以准确描述全时段的锂离子电池、估计电池荷电状态(SOC)准确度低的问题,提出采用多模模型的锂离子电池荷电状态联合估计算法。利用电化学阻抗谱分析不同SOC下锂离子电池的阻抗分布,并以此构建等效电路模型来描述整个充放电过程中的锂离子电池,得到一种基于变阶RC模型的多模模型。利用贝叶斯定阶准则综合模型的准确度和实用性来确定具体阶数,采用带有遗忘因子的递推最小二乘法对模型参数进行在线辨识,利用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)求得锂离子电池的实时SOC。在恒流工况以及动态应力测试工况下,与传统基于一阶RC模型和二阶RC模型的EKF算法进行了多组实验对比。结果表明:采用多模模型的联合算法在不同工况下估计的SOC精度提高了30%以上,并均可在两个迭代周期内追踪到准确值。     

基于实时电路模型的储能系统锂离子电池状态估算

为了充分发挥锂离子电池在电力系统储能中的潜力,需要准确了解电池组的荷电状态(state of charge,SOC)和健康状态(state of health,SOH),为此,提出一种新的SOC和SOH估算方法.该方法基于锂离子电池二阶电路模型,将锂离子电池实际运行过程中的输出电压测量值和所建立的仿真模型端口电压进行比...     

锂离子动力电池内阻模型与实验研究

首先,根据多孔电极理论,建立了锂离子动力电池的仿真模型.对仿真模型的分析可知,影响电池内阻的内部因素为锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数及由极片的电子电导率、电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率组成的电池总电导率.分别设计制作磷酸铁锂和石墨半电池,使用恒电流间歇滴定法(GITT)对半电池进行固相扩散系数的测量.使用交流阻抗法(EIS)对半电池进行总电导率的测量.对比半电池实验数据和磷酸铁锂锂离子动力电池实验数据可知,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定;电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定.     

Pb-Gd合金在硫酸溶液中生长的阳极Pb(Ⅱ)膜的阻抗的研究

应用交流伏安法(ACV)和电化学交流阻抗频谱法(EIS)对含稀土元素Gd的Pb Gd(1.0%)合金电极在4.5mol·dm-3的硫酸溶液中和0.9V(vs.Hg/Hg2SO4)电位下生长的阳极Pb(Ⅱ)氧化物膜的阻抗特性进行了研究,并与纯Pb电极进行了比较.结果表明,稀土元素Gd的添加可显著降低阳极Pb(Ⅱ)膜的阻抗,原因在于Gd可抑制膜的生长和增大膜的孔率.     

EIS过程阻力与铅酸电池荷电量

电化学阻抗谱是研究电池的重要技术之一,但被解谱模型不一致限制了独立应用．研究表明：可以用传输线模型中串联电阻和电容的比值（Ri/Ci）表征过程阻力特征,并与电池荷电量（SOC％）有单调关系．借助文献中铅酸电池EIS数据进行了验证,表明尺忍的对数与SOC％有直线关系,且当SOC％从0变化到100时,Ri/Ci变化5-100倍,具有较高的灵敏度．最后探讨了溶液电阻在电池过程阻力中的重要作用．     

微米级锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4的合成及性能

对微米级和常规固相反应方法制备的锂离子电池正极材料尖晶石LiMn2O4的结构和性能进行了比较,并采用扫描电子显微镜(SEM),X-射线衍射(XRD)及慢扫描循环伏安(SSCV)、交流阻抗(EIS)的电化学测试方法对材料进行了表征．结果表明微米级的尖晶石LiMn2O4,颗粒均匀,晶体结晶性好;在10次慢扫描循环伏安曲线中,容量衰减相对较小;从材料的交流阻抗谱中可看出,随着循环的进行,靠近循环伏安峰电位附近的电荷转移电阻变化小．     

粘结剂对C-LiFePO4/石墨电池电化学性能的影响

采用商品化的LiFePO4作为原料,对比水系粘结剂和油性粘结剂(PVDF)对LiFePO4电池初始放电容量、循环性能,倍率性能和内阻的影响.利用XRD对循环后的电池正极进行分析.研究结果表明,油性粘结剂体系中LiFePO4的容量较高,首次放电容量达到124 mA·h/g,且循环性能较好,200次循环容量保持率为96.3%.发现水性粘结剂电池循环后LiFePO4结构变化较大.水性粘结剂的倍率性能良好,1C(C为充放电倍率)容量是0.1C的92.2%,而对于油性粘结剂,1C容量是0.1C的85.5%;水性体系中电极界面阻抗要小于油性体系中的界面阻抗,并且水性粘结剂电池的内阻要小于油性粘结剂的内阻.     

新型钾离子电池层状正极材料P3型K0.5MnO2的制备及储钾性能研究

【目的】钾离子电池具有低成本和能量密度高等优势，成为锂离子电池潜在的替代品，受到人们广泛的关注。但是，由于缺乏高比容量、循环寿命长的正极材料，使得这类新型电池的发展受到了限制。【方法】采用水热前驱体法、溶胶凝胶法和草酸盐共沉淀法制备了新型钾离子电池正极材料P3型K_0.5MnO₂.【结论】结果表明与其他两种方法相比，水热前驱体法制备的K_0.5MnO₂(H-K_0.5MnO₂)具有粗糙的表面和较多的内部孔隙，有利于电子的传递和提供更多的活性位点。H-K_0.5MnO₂电极在电流密度20 mA/g下，首周放电比容量最高，达到85 mAh/g, 60周循环后电极片的XRD和EIS测试结果表明在重复的脱嵌K⁺后，H-K_0.5MnO₂仍保持最稳定的结构以及最小的电荷传递阻抗。储钾性能研究的结果表明在高倍率下H-K_0.5MnO₂     

腐蚀研究中电流阶跃法的频域分析

为了发展钢筋混凝土中钢筋锈蚀状态的快速测量方法，将基于时域分析的电流阶跃法所得结果与腐蚀电化学研究中测量腐蚀状态常用的、基于频域分析的交流阻抗谱法所得结果进行了比较，从理论上讨论了两者的关系，推导了基于Ｆｏｕｒｉｅｒ变换的转换公式。研究发现电流阶跃法在ｔ／（ＲＣ）＝０～５时间区段内测得的数据，通过计算可以得到交流阻抗谱法测量结果中的低频部分的信息，计算误差小于４％。因而，电流阶跃法在几ｍｉｎ内测得的信息量与交流阻抗谱法几ｈ测量的信息量相当。     

覆银硅微通道板用于三维锂离子电池负极研究

采用光辅助电化学刻蚀和无电镀银方法,制备出一种可用于三维锂离子电池的覆银硅微通道板(Ag/Si-MCP)负极结构.利用XRD和扫描电镜(SEM)对材料特性进行表征;并在氩气氛保护下以锂片为对电极封装为CR2025半电池,采用恒流充放电测试、循环伏安法(CV)及交流阻抗法(EIS),对银覆盖层对电极性能的影响进行了细致的分析.在0.02 V～1.5 V电位(vs.Li+/Li)范围内以10 mA·g^(-1)电流密度进行恒流充放电测试.样品在首次充电(硅的锂合金化)过程中获得高达3 484.7 mAh·g(-1)电流密度进行恒流充放电测试.样品在首次充电(硅的锂合金化)过程中获得高达3 484.7 mAh·g^(-1)的比容量值,且在首次充放电循环中库仑效率达到95.97%.并在随后的循环中,表现出优于未经覆银处理的硅微通道电极的性能.     

聚苯胺修饰电极的制备与形貌、阻抗表征

运用循环伏安(CV)法制取聚苯胺,结合扫描电子显微镜(SEM)、阻抗谱(EIS)等手段,对聚苯胺的表面形貌及其特征进行研究,并建立了聚苯胺覆盖Pt电极的阻抗模型.实验表明,随着循环次数的增加,聚苯胺膜厚增加,而且所制得的聚苯胺膜呈现多孔、疏松的特征,符合其作为基体材料的特点.     

热失控条件下21700型锂离子电池危险性分析

针对锂离子电池热失控引发的民航运输安全问题,利用自主设计的试验平台,以21700型三元锂离子电池为研究对象,探究了不同荷电状态(SOC)的锂离子电池热失控危险特性,包括表面温度、开路电压、电池内阻与质量损失。研究结果表明:21700型单体锂离子电池比18650型锂离子电池额定容量增加了35%,能量密度提高了20%,若出现热安全问题时会更加危险。随着SOC的增加,21700型锂离子电池发生初爆与燃爆的时间间隔缩短。当SOC为20%时,初爆与燃爆时间间隔最长,为471 s;当SOC为40%、60%、80%和100%时,初爆与燃爆时间间隔分别缩短2.5%、18.0%、26.5%和34.0%。锂离子电池发生热失控过程中的表面温度峰值、温升速率与质量损失均随着SOC的增加而增加。锂离子电池在不同荷电状态下发生热失控时,开路电压和电池内阻变化具有一定的规律性。     

温度对水热反萃法合成锂离子电池正极材料LiFePO_4的影响

采用水热反萃法合成了锂离子电池正极材料LiFePO_4,重点研究了温度对LiFePO_4结构、形貌和电化学性能的影响.分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)及恒电流充放电测试对样品的结构、形貌和电化学性能进行了表征.结果表明:在140~250,℃范围内水热反萃法可以合成纯相的LiFePO_4.用制备的LiFePO_4作为电池的正极材料,其电化学测试表明:250,℃合成的样品极化最小,同时具有最小的电荷转移阻抗和最大的Li+扩散系数,0.1,C下首次放电比容量为151.7,m A·h/g,较高倍率下循环40次再采用0.1,C时的放电比容量可达到161.9,m A·h/g,具有良好的倍率循环性能.     

2-噻吩甲腈在高电压锂离子电池中的应用

为了改善锂离子电池在高电压下的电化学性能,以2-噻吩甲腈作为一种新型的电解液添加剂,采用线性扫描伏安法(LSV)研究其对1 mol/L Li PF6/EC+EMC(EC与EMC质量分数之比为1:2)电解液电化学窗口的影响。通过扫描电镜(SEM)、X线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(IR)、充放电测试、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)对含不同电解液的锂离子电池循环前后的正极材料表面及其电化学性能进行表征。研究结果表明:2-噻吩甲腈能优先于电解液溶剂发生氧化分解反应并在正极表面形成致密的导电聚合物膜;添加质量分数为0.1%2-噻吩甲腈的钴酸锂电池在3.0~4.5 V以0.5 C倍率循环100次后容量保持率高达91.99%,在5C倍率下放电比容量为152.8m A·h·g-1;与电解液中未添加2-噻吩甲腈的电池相比,其循环后电荷转移阻抗的增加被抑制,在高电压下表现出较好的循环和倍率性能。     

锂离子电池荷电状态预测方法研究

针对电动汽车锂离子动力电池组能量管理中的荷电状态(SOC)预测问题,提出一种根据SOC及电流(SOC-I)计算库仑效率的方法,并建立电池SOC、充放电电流及充放电库仑效率的关系.以无迹卡尔曼滤波(UKF)算法为基础,采用自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)算法预测电池SOC,并将提出的库仑效率计算方法与UKF算法相结合构造了SOC-I-AUKF算法,该算法在预测过程中不断调整库仑效率、系统噪声协方差以及量测噪声协方差,以实现系统状态最优化预测.实验结果表明,SOC-I-AUKF算法有较好的SOC预测效果,与UKF算法相比,其SOC预测绝对误差、相对误差和平均误差水平都有显著提高.     

Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(x=0~0.4)溶胶-凝胶法合成及其性质

以乙酸锂、硝酸铝、钛酸丁酯、磷酸二氢铵为原料,利用溶胶-凝胶法合成锂离子Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃(x=0~0.4)固体电解质体系,检测结果表明：Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃体系具有较好的结晶性,合成的粉末与烧结片之间的结晶性与结构差异不大;当Al³⁺掺杂量逐步增加时,离子电导率逐渐增大,并在x=0.3时达到最大值,但掺杂量进一步增加时,离子电导率迅速下降;活化能的变化趋势与离子电导率相反.     

锂离子动力电池荷电状态联合估计应用

为了进一步提高锂离子动力电池荷电状态(SOC)的估计精度问题,在分析了电池电压、温度、电流和放电电量对电池SOC值的影响后,提出了一种新颖的混沌萤火虫算法(chaos firefly algorithm,CAF)和小波神经网络(WNN)相结合的锂离子动力电池SOC联合估计方法,该方法首次利用于电池SOC值估计中,通过新颖的混沌萤火虫算法优化小波神经网络,加入动量项优化网络的权值和调整修正参数,提高了网络的学习效率和SOC估计精度。克服神经网络进化缓慢并且容易陷入局部最小的缺陷,通过仿真和电池实际工况下实验,结果表明与WNN算法相比,所提出的方法具有更高的预测精度,均方根误差小于2%,验证了这一算法的可行性和有效性。