PAMS基凝胶型聚合物锂电池的制备及电化学性能表征

将丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯按一定的摩尔比同电解液LB-302(1mol/LLiPF6的1∶1EC∶DEC溶液)进行混合制成凝胶型聚合物电解质前驱体,将此凝胶型聚合物电解质前驱体同电极材料和隔膜一起组装成扣式CR2032锂电池,再将此电池经γ射线原位辐照聚合制得三元共聚物(PAMS)为基体的凝胶型聚合物电解质可充电锂电池.用傅里叶红外和差示扫描量热对原位辐照聚合所制得的PAMS的结构和热稳定性进行了表征.并用交流复阻抗谱、循环伏安法和恒流充放电等技术对PAMS基凝胶型聚合物电解质锂电池进行了电化学性能表征.结果表明采用原位聚合法制备凝胶型聚合物锂电池不仅工艺简便,而且所制得的电池的充放电性能较好.     

锂离子电池放电循环的发热特性研究

锂离子电池发热特性的研究对于发展电池热管理系统具有重要意义.本文采用数值方法对锂电池放电过程中的微观发热特性进行了研究,并对锂电池放电循环过程中固体电解质(SEI)膜和欧姆热的变化规律进行了分析,研究结果表明:锂电池以高倍率(5C)放电时,SEI膜产生的热量是锂电池发热的重要部分;随着放电循环的进行,锂电池负极颗粒表面SEI膜以线性规律增厚,导致电池SEI膜电阻不断增大;锂电池放电环境温度越高,锂电池负极SEI膜增厚越快,容量衰退越快。     

液冷辅助热管动力电池热管理性能研究

电池的冷却系统是电动汽车电池发展的重要研究课题。基于夹层结构的热管冷却系统来测量锂电池在25℃环境温度和3C放电倍率下的表面温度。文章分析了自然对流、热管和液冷辅助热管冷却方式,通过对比锂电池表面T_max来比较冷却系统的性能,与自然冷却相比,热管和液冷辅助热管冷却系统的最高电池温度分别降低了8.21%和30.09%,实验结果表明液冷辅助热管的冷却系统在较高热负荷下是有效的。20、30和40 L/h的水流循环能够将T_max平均减少31.74%,实验结果表明该冷却系统的冷却性能会分别随着冷却液流量的加快和冷却液温度的降低而提高。     

基于表面改性的锂电池热质传递及热稳定性

电极材料表面结构改性对锂电池电化学性能、热质传递性能和热安全性的提高具有重要意义。本文通过对锂电池正极材料进行表面改性,实现电池内部热质传递性能及热稳定性的提高,并对电池电化学性能及热安全性进行改进。本文采用氟化物、氧化物和含锂复合物对富镍三元正极材料(NMC811)进行表面改性,并对其微观形貌及结构、电化学性能、导热系数、离子扩散系数和热稳定性进行分析。结果表明表面改性能够有效提高电池内部热质传递及热安全性能。     

考虑内阻时变特性的电池状态估计方法

针对锂离子电池欧姆内阻随温度变化情况,提出了一种考虑内阻时变特性的两步无迹H∞滤波锂电池状态估计方法。首先,对锂电池和内阻抗进行分开建模,在电池Thevenin模型的基础上构建内阻抗预测模型,实时修正模型参量;接着,将无迹变换嵌入到扩展H∞滤波中,降低测量噪声对估计精度的扰动,从而提高电池荷电状态的估计精度。最后,在实验室环境下对电池进行充放电实验,分别针对降温和升温情况下的内阻值及电池端电压的估计进行了详细的实验分析,同传统方法相比,本文方法具有较高的估计精度。     

一种基于简化电化学模型的锂电池互联状态观测器

锂电池正、负极固相浓度分布以及荷电状态的精确估计对于开发锂电池工作状态的实时监控算法,进而构建高效、可靠的锂电池管理系统具有重要意义.本文基于多孔电极理论和浓度理论,提出基于扩展单粒子模型的锂电池关键内部参数识别的优化模型和方法;在该电化学模型简化的基础上,提出一种基于H_∞鲁棒控制理论框架的锂电池新型双向互联观测器,可同时实现对锂电池正、负电极浓度及荷电状态的估计,并通过对比分析不同工况下的仿真结果和实验数据,对所提出的互联观测器性能进行了系统验证.结果表明：所设计的互联观测器能够准确预测锂电池的输出电压和荷电状态,有效提高了锂电池系统模型的动态性能和鲁棒稳定性,为锂电池管理系统的开发奠定了理论基础.     

韩开发出三维多孔硅阴极材料可大幅提高锂电池性能

韩国汉阳大学一个研究小组近日宣布开发成功一种三维多孔硅阴极材料，能够大幅度提升锂离子充电电池（以下简称锂电池）的容量和效率，手机待机时间因此有望提高8倍．     

硅纳米团簇与石墨烯复合结构储锂性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理计算方法, 研究了不同晶向硅纳米团簇与石墨烯复合结构稳定性及其储锂性能. 计算了不同高度、大小硅团簇与石墨烯复合结构的结合能, 复合结构中嵌锂吸附能和PDOS. 分析表明, 硅团簇和石墨烯之间形成较强的Si—C键, 其中[111]晶向硅团簇与石墨烯作用的形成能最高, 结构最为稳定. 进一步计算其嵌锂吸附能, 发现硅团簇中靠近石墨烯界面处的储锂位置更加有利于锂的吸附, 由于锂和碳、硅之间有较强电荷转移, 其吸附能明显大于其他储锂位置. 同时在锂嵌入过程中, 由于石墨烯的引入, 明显减小了界面处硅的形变, 有望提高其作为锂电池负极材料的可逆容量.     

基于DSP的电动汽车锂电池荷电状态估算的研究与实现

锂电池荷电状态(SOC)的准确估算是电动汽车能源管理的关键技术。为了提高锂电池SOC的估算精度,将无迹卡尔曼滤波(UKF)应用于锂电池SOC估算,以减小拓展卡尔曼滤波(EKF)简单线性化带来的误差。搭建电池检测系统的硬件平台,以TMS320F28335型数字信号处理器(DSP)为主控芯片(MCU),实现电压、电流、温度的检测及UKF算法,并设计了相关的电池测试实验。实验结果表明,UKF可以实时估算锂电池SOC,估算误差在4%以内,高于传统的拓展卡尔曼滤波(EKF)。     

碳纳米管使锂电池储能和寿命倍增

美国麻省理工学院的研究人员发现在锂电池正极中使用含碳纳米管材料，获得的充电效率及蓄电能力远比目前最高端的锂电池更优良该电池电极组装采用层叠技术，正极由无添加剂、高密度和功能化多壁碳纳米管组成，负极为锂钛氧化物，电池电极厚度仅为几微米．     

锂电池失效分析与研究进展

锂电池在使用或储存过程中会出现一定概率的失效,包括容量衰减(跳水)、循环寿命短、内阻增大、电压异常、析锂、产气、漏液、短路、变形、热失控等,严重降低了锂电池的使用性能、一致性、可靠性、安全性.对锂电池失效进行准确诊断并探究其失效机理是锂电池失效分析的主要任务,对锂电池性能提升和技术发展具有深远意义.为了全面且深入地介绍锂电池失效分析,本文从锂电池失效分析的定义、失效表现、失效原因、分析内容、分析流程、困难点等方面进行了简述,希望能为推动中国锂电池失效分析技术的发展起到积极作用.     

基于双包层光纤布拉格光栅传感器的锂电池组温度场监控

锂离子电池是当今最通用的储能技术之一,锂电池的可靠性和安全性一直是业界追求的目标,因此准确监控电池安全状态显得尤为重要.锂电池内部的热失控是一切锂电池安全问题的根源,为克服目前锂电池组温度测量系统测温精度不高,较高温度下长时间工作稳定性不足等问题,本文提出了一种基于双包层光纤布拉格光栅(FBG)的准分布式锂电池组温度监测系统.通过搭建4通道16个双包层FBG点位对18650锂电池组进行温度场及鼓包形变监测,结果表明在0—450℃的温度条件下可以精确确定由短路等问题产生异常温度升高的点位,相应温度灵敏度为10 pm/℃,分辨率达0.1℃,并且贴于锂电池壳体表面的双包层FBG还可以监测电池壳体表面出现的鼓包形变现象,其纵向压力应变灵敏度达142 pm/N.本文的双包层FBG准分布式锂电池组温度场监测系统既可以保证高精度的温度、形变测量,同时具有良好的稳定性和抗干扰能力,表明本文的研究工作有望为锂电池组的安全监测和使用提供可靠的理论与实验依据.     

基于扩展单粒子模型的锂离子电池参数识别策略

为了精确识别电动汽车锂离子动力电池的关键状态参数,基于多孔电极理论和浓度理论,建立了一种考虑液相动力学行为的锂离子电池扩展单粒子模型.相较于传统单粒子模型,该模型增加了对负电极表面固体电解质界面膜参数的描述,并考虑了温度和液相浓度变化对锂离子电池关键参数的耦合影响.基于所建立的扩展单粒子模型,提出一种简化的参数灵敏度分析方法和有效的锂电池参数识别策略,用以确定特定工况下的高灵敏度待识别参数,进而利用遗传算法实现参数的优化求解.最后,通过对比分析本文模型和传统单粒子模型的仿真输出电压和相同工况下电池的实验输出电压验证了提出模型和参数识别方法的有效性和可行性,为电池管理系统的健康状态估计提供了理论基础.     

减小边缘复合助力28%效率的四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池

钙钛矿/硅叠层太阳能电池由于能突破单结太阳能电池的效率极限而吸引了广泛的研究兴趣.然而,在将商业化的大面积硅电池切割为实验室所需的平方厘米级的小面积电池时,会造成显著的效率下降,限制了叠层电池的性能.为了消除传统的激光切割法造成的热损伤和热传导,减少切割后的异质结硅电池的非辐射复合,本工作采用砂轮划片这一冷加工方法,对异质结硅电池进行切割.与采用激光切割法得到的器件相比,冷加工法得到的异质结硅电池的截面损伤小,非辐射复合得到显著抑制,器件的开路电压和填充因子均得到提高,平均光电转换效率提高了1%.将得到的硅电池与正式半透明钙钛矿太阳能电池进行机械堆叠,获得了效率超过28%的四端钙钛矿/硅叠层太阳能电池.     

锂电池中的计算物理学

从计算物理学角度深入解析与锂电池特性关联的物理基础,对优化锂电池的设计并推动其发展具有重要的指导意义。文章系统总结了锂电池中物理现象与物理原理的对应关系,通过分析物理模型及其作用机制,勾勒出锂电池模型的物理图像,提炼出相关描述因子及其计算物理方法。针对锂电池中科学问题的计算、模拟与仿真多尺度技术的发展,以及近年来基于机器学习与高通量计算方法的研究进展,可以预见多尺度模拟与高智能计算技术的结合将极大地推进锂电池的快速发展。在锂电池的仿真研究中,确立计算方法尺度、科学基础理论、储能机制与系统的物理形态、仿真与实践的物理关系及科学基础与工程应用构造的五维一体化锂电池分析体系,无论对揭示锂电池中基本物理原理、电池本质属性、计算物理学之间的科学关系,还是对发展基于物理基本原理模型的电池体系构效关系和调控方法,都具有里程碑式的意义。     

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<正>陶瓷结构固体电解质是一种具有较好应用前景的固体电解质.利用该类电解质制备的全固态锂电池有望从根本上解决当前锂电池存在的漏液、易燃、枝晶短路等安全隐患.目前影响陶瓷结构固体电解质实际应用的一大障碍是其表界面层结构在冲放电过程中的不稳定性.观测和研究各类陶瓷结构固体电解质的表界面结构,探寻提高其界面层结构的稳定性,已经成为相关领域的研究热点.本     

新能源材料与器件专业“锂离子电池课程设计”的改革与探索

“锂离子电池课程设计”是新能源材料与器件专业的一门重要实践课程，是为配合《锂电池原理与结构》而开设。基于“锂离子电池课程设计”的课程培养目标，对课程设计的现状进行分析，随后有针对性地提出了分阶段培养体系构建方案，将课程设计分为课前预习、课堂学习与实践及成果展示3个阶段，全方位的提升学生学习的积极性、创新能力、理论应用于实践能力及团队合作能力，最后，通过评价体系改革和课后反馈巩固和进一步提升教学改革效果，最终为工科实践类课程提供借鉴。     

手机锂电池充放电过程的研究

利用COBRA3实验设备测试了锂电池待机充放电过程的电压、电流、锂电池电容量及充电量的变化情况。提出通过实时测量锂电池电压值,可精确换算出锂电池的剩余容量的方法。手机待机充电所需时间和关机充电所需时间基本一致。     

富锂正极材料在全固态锂电池中的研究进展

开发高能量密度、长循环寿命、低成本和高安全性的全固态锂电池是发展下一代锂离子电池的重要方向之一.富锂层状氧化物正极材料由于阴阳离子协同参与氧化还原反应,可以提供更高的放电比容量(>250 mAh/g)和能量密度(>900 Wh/kg),将其应用于全固态锂电池中有望推动锂离子电池能量密度突破500 Wh/kg的中长期目标.然而,富锂正极材料的电子导电性差、阴离子氧的不可逆氧化还原反应以及循环中的结构相变,导致该材料在电化学循环过程中存在初始库仑效率低、循环稳定性差和电压衰退等问题.此外,富锂正极材料的工作电压较高(>4.5 V vs.Li/Li⁺),使正极/电解质之间不仅面临常规的界面化学反应,释放的氧还会加剧界面的电化学反应,对正极/电解质的界面稳定性提出了更高的要求.因此,富锂正极材料的本征特性和富锂正极/电解质间严重的界面反应极大限制了富锂正极材料在全固态锂电池中的应用.本文首先详细阐述了富锂正极材料在全固态锂电池中的失效机制,其次综述了近年来富锂正极材料在不同固态电解质体系下的研究进展,最后总结和展望了富锂全固态锂电池未来的研究重点和发展方...     

锂离子电池中的物理问题及其研究进展

锂离子电池作为一种性能优越的新型可充放电池已经或将要在移动通信、手提式计算机和电动汽车等诸多领域获得广泛的应用 .然而与锂离子电池相关的物理问题却往往被人们忽视 .例如 ,如何从本质上来提高正极材料的体相电子电导率 ,而不是在正极活性物质中添加炭黑之类的电子导电材料 .文章将着重针对与锂离子电池相关的物理问题 ,介绍近年来的主要进展 ,以期待对锂离子电池有更深入的了解 .