基于数据驱动的卫星锂离子电池寿命预测方法

锂离子电池由于具有工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、寿命长和自放电率小等优点,成为 替代传统镍氢、镍镉电池的第三代航天器用储能电源。寿命预测是锂离子电池健康管理的重要方面,是掌 握电源衰退的重要手段。锂离子电池剩余使用寿命预测问题已成为电子系统健康管理领域的研究热点和具 有挑战性的问题之一。本文基于NASA埃姆斯中心的锂离子电池地面试验采集数据,首先分析了3种类型 的锂离子电池预测方法,之后重点研究了几种有效的数据驱动的锂离子电池寿命预测方法,并对各种预测 方法的效果进行了评价。实验结果表明,本文提出的方法能够有效的用于基于数据驱动的锂离子电池寿命 预测中,具有较强的工程应用价值。     

X射线光电子能谱在固态锂离子电池界面研究中的应用

固态锂离子电池因具有高安全、高能量密度等多种优势而备受关注,但目前固态锂离子电池尚未大规模商业化,主要原因是固态锂离子电池中存在的关键科学问题和技术问题尚未解决,特别是界面问题,例如界面的高电阻与不稳定性. X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)作为重要的表面分析手段,可以定性和半定量地进行界面的化学分析,这使得XPS可以广泛应用于固态锂离子电池界面的研究.本文综述了近年来利用XPS进行固态锂离子电池界面的研究进展,并对XPS实验原理、实验方法、实验结果及其对界面性能的影响进行了总结与评述. XPS研究固态锂离子电池界面的方法主要为非原位XPS、反映电池界面实时变化的原位XPS、以及基于电池真实工作条件的operando XPS,所获取信息包括界面反应发生后元素的化学状态、实时界面反应过程中界面元素的变化情况、由元素结合能位移反映的能带结构变化和界面组分的过电位等信息,从而加深对固态锂离子电池界面成分、结构变化和界面反应动力学及界面离子迁移等方面的认识.     

基于复杂工程问题驱动的锂离子电池综合实验设计及实践

在高等学校工程教育认证“解决复杂工程问题能力”驱动下,大学物理实验课程的选题内容和模式在不断改革和创新。锂离子电池技术作为当下新能源科技革命的代表,具有学科交叉性和综合性,满足复杂工程问题的多项特征。文章探讨了将锂离子电池技术引入大学物理实验教学的优势和可行性,并提炼出锂离子电池综合实验设计的具体实施方案,为提高学生解决复杂工程问题的能力,培养复合创新型大学生奠定基础。     

石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用

正1.引言化石能源日益短缺的危机使得可再生能源和能量存储技术受到广泛关注。基于在能量存储方面的优异表现,锂离子电池被认为是极具发展前景的电化学储能体系之一,其在民用、国防和航空航天等领域显示出强大的应用潜力。锂离子电池又称摇椅电池,其储放能过程如图1所示。锂离子电池的性能主要受到电极材料、电解质和器件组装技术等因素的制约,而正负极材料是决定电池性能的关键所在。现阶段研究的负极材料,依据电极反应的机理来划分,主要有嵌入型、合金反应型以及转换反应型三大类。然而由于三种类型电极材料的固有缺点如理论     

基于分布参数系统和单粒子模型的锂离子电池工作状态实时监控模型

提出了一种基于分布参数系统偏微分方程描述和单粒子模型的锂离子电池工作状态实时监控建模方法,能够实时跟踪锂离子电池阳极的锂离子密度和残差变化,并通过仿真实验验证了本文模型对锂离子电池工作状态故障报警的有效性和精确性.     

聚合物锂离子电池制备技术

目前新一代锂离子电池体系的聚合物锂离子电池不仅具有液态锂离子电池的所有技术优点，而且具有更高的比能量和更好的安全性。更适合应于用。在电极膜的制备方面，需要对活性材料、骨架基质材料、增塑剂、导电剂等正、负极各组分的配比进行优化。采用合适分子量的PVDF—HFP（聚偏氟乙烯-六氟丙烯）为骨架基质材料，DBP（邻笨二甲酸二丁酯）为增塑剂、炭黑为导电剂，能够较好地满足聚合物锂离子电池电极膜及电解质膜的技术要求。     

锂电池叉流流道液冷结构设计及散热特性分析

为使锂离子电池组的散热达到更高的安全性,设计了锂离子电池组的一种液冷冷却模型,该模型采用两种流体进行冷却.对模型中不同雷诺数、不同微通道个数、不同微通道半径等条件下的电池温度分布进行了模拟研究.模拟结果表明:雷诺数对锂离子电池组的散热影响存在临界值;对各条件进行优化分析,优化后的液冷冷却模型在理论上能有效降低锂离子电池组的最高温度,与单体电池在2C放电倍率的工况下相比,锂电池最高温度下降了26.24 K,并改善了锂离子电池组的温度分布均匀性.     

基于单粒子模型与偏微分方程的锂离子电池建模与故障监测

锂离子电池内部结构是一种复杂的分布参数系统, 如果为了降低计算难度而使用常微分方程描述锂离子电池, 可能会引入系统误差, 降低系统模型的可信度, 需要使用偏微分方程建立分布参数系统的精确模型. 本文提出了一种基于单粒子模型和抛物型偏微分方程的锂离子电池系统建模与故障监测系统设计方法, 当锂离子浓度实测值与理想值的残差大于预设门槛时判定分布参数系统处于故障状态. 通过一个仿真实例进行了锂离子电池系统建模和故障诊断实验, 实验证明基于单粒子模型和偏微分方程的锂离子电池故障监测系统具有更高的精确度和可信度.     

电动汽车锂离子电池热管理系统研究进展

锂离子电池作为电动汽车最广泛使用的动力源,对工作温度高度敏感,为保证其高性能和安全运行,电池热管理系统必不可少.本文综述了近年来锂离子电池热管理系统的研究进展.首先讨论了由高低温环境和电池温度不均匀引起的临界热问题.在此基础上,对设计原则和现有的电池热管理系统进行了广泛的介绍和阐述.然后进一步分析了用于未来电池热管理系统的热电器件和内部加热方法等新兴技术.分析表明,被动和主动冷却/加热方法的组合有望满足苛刻的热要求,特别是在功率波动剧烈的动态条件下.此外,电池在变工况下所输出的电流、电压等均不相同,因此建议对电动汽车动力电池进行动态性能实时管理,从而延长电池使用寿命。     

后锂电池时代新型电池的开发与展望

石油、天然气等化石能源的枯竭及人类生存环境的进一步恶化,迫使人们寻求和开发清洁可再生能源和高效绿色的储能装置.传统的锂离子电池等已难以满足将来电动汽车等大规模使用的电器对于大容量蓄电装置的要求.文章综述了日本产业技术综合研究所周豪慎教授课题组近年来的研究成果,介绍了组合型电解液的概念及原理,并重点讨论了锂-铜电池和锂-空气电池等基于组合型电解液的后锂离子电池的设计方法和电化学性能.文章指出,组合电解液技术将是开发高能量电化学储能装置的重要思路和有效方法.     

纳米储锂材料和锂离子电池

简单综述了锂离子电池的基本原理和发展现状，对中国科学院物理研究所固体离子学课题组在纳米储锂材料方面的研究进展做了介绍。用HRTEM等手段研究了纳米SnO、纳米Si以及纳米SnSb合金在Li入脱嵌过程中结构的变化。着重介绍了一种具有纳米微孔的球形硬碳材料和纳米SnSb合金钉扎的复合负极材料，在高功率密度和高能量密度锂离子电池方面具有广阔应用前景。     

Computational screening of doping schemes for LiTi2(PO4)3 as cathode coating materials

In all-solid-state lithium batteries,the impedance at the cathode/electrolyte interface shows close relationship with the cycle performance.Cathode coatings are helpful to reduce the impedance and increase the stability at the interface effectively.LiTi2(PO4)3(LTP),a fast ion conductor with high ionic conductivity approaching 10^-3S·cm^-1,is adopted as the coating materials in this study.The crystal and electronic structures,as well as the Li^+ion migration properties are evaluated for LTP and its doped derivatives based on density functional theory(DFT)and bond valence(BV)method.Substituting part of Ti sites with element Mn,Fe,or Mg in LTP can improve the electronic conductivity of LTP while does not decrease its high ionic conductivity.In this way,the coating materials with both high ionic conductivities and electronic conductivities can be prepared for all-solid-state lithium batteries to improve the ion and electron transport properties at the interface.     

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 .     

锂电池发展简史

由于具有很高的能量密度，锂金属在1958年被引入电池领域，1970年进入锂一次电池的商业研发阶段。自1990年以来，随着正极材料、负极材料与电解质的革新，可充放二次锂电池不断发展并实现商品化。如今锂电池技术仍在继续发展并将进一步改善人类生活。文章对40多年来锂电池技术发展历程进行了简单的回顾。     

锂离子电池电极材料的第一性原理研究进展

文章综述了第一性原理计算在锂离子电池电极材料模拟与设计方面的研究进展.电极材料的研究包括电极材料的电子结构和电子导电性的研究,嵌锂电位、锂离子输运特性、嵌锂过程中局部结构弛豫与相变以及材料表面特性研究等方面,第一性原理计算在上述诸方面的研究都取得了一定的进展.这些理论上的研究成果,可以帮助人们加深对材料性能与机理的理解,同时对材料的设计也具有指导意义.     

Copper‐Based Nanomaterials for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

With the increasing energy demands for electronic devices and electrical vehicles, anode materials for lithium‐ion batteries with high specific capacity, good cyclic and rate performance become one of the focal areas of research. A class of them is the copper‐based nanomaterials that have thermal and chemical stability, high theoretical specific capacity, low price and environment friendliness. Now this kind of nanomaterials has been recognized as one of the critical materials for lithium‐ion batteries due to the predicted future market growth. Current status of different copper‐based materials which produced already are discussed. In this review, comprehensive summaries and evaluations are given in synthesis strategies, tailored material properties and different electrochemical performance. Recent progress of general copper‐based nanomaterials for lithium‐ion batteries is carefully presented.     

固体核磁共振研究单斜磷酸钒锂的进展(英文)

在过去的二十年里,单斜型磷酸钒锂作为一种有前景的锂离子电池正极材料被广泛研究.固体核磁共振技术是一种研究原子局部环境和运动性,并能反映材料中长程/短程有序结构变化的有力表征手段,可以从多个角度满足磷酸钒锂材料的研究需求.本文从充放电机理、锂离子的迁移率和动力学、碳包覆、阳离子掺杂等方面简要介绍了固体核磁共振技术在单斜磷酸钒锂正极材料研究中的应用,同时涵盖了相关的理论计算工作.     

Size effects in lithium ion batteries

Size-related properties of novel lithium battery materials, arising from kinetics, thermodynamics, and newly discovered lithium storage mechanisms, are reviewed. Complementary experimental and computational investigations of the use of the size effects to modify electrodes and electrolytes for lithium ion batteries are enumerated and discussed together.Size differences in the materials in lithium ion batteries lead to a variety of exciting phenomena. Smaller-particle materials with highly connective interfaces and reduced diffusion paths exhibit higher rate performance than the corresponding bulk materials. The thermodynamics is also changed by the higher surface energy of smaller particles, affecting, for example,secondary surface reactions, lattice parameter, voltage, and the phase transformation mechanism. Newly discovered lithium storage mechanisms that result in superior storage capacity are also briefly highlighted.     

锂离子电池多尺度数值模型的应用现状及发展前景

锂离子电池是一种较为复杂的电化学系统, 其涵盖质量传递、电荷传递、热量传递以及多种电化学反应等物理化学过程. 其不仅物理尺度跨越大, 从微观活性颗粒、极片、电芯跨越到电池模组, 还面临着成组配对以及均衡性的问题, 这些问题加剧了电池设计和性能综合评估的难度. 通过计算机数值仿真技术, 建立数学模型, 全面和系统地捕捉电池工作过程各物理场的相互作用机理, 分析其演化规律, 能够为优化电池系统设计提供理论支撑. 本文对锂离子电池的数值模型研究进展和发展趋势进行了综述. 同时对主要理论模型进行了分类整理, 总结了它们的特点、适用范围和局限性, 指出了将来进一步研究的方向和难点所在, 这些对锂离子电池多尺度数值模型的理论研究和工程应用都具有指导性的意义.