锂离子电池鼓胀分析

以一起客户投诉为研究切入点,通过电感耦合等离子体光谱分析法(ICP)、扫描电子显微镜法(SEM)、气体成分测试等手段分析了该客户投诉电池的鼓胀原因,并对其机理做了阐释。实验模拟了过放、高温浮充,对过放、高温浮充的现象以及规律进行了分析。过放电池正极Cu含量超过0.1%(质量分数),气体成分中CO_2含量超过90%;过充导致电池鼓胀时,负极Co含量超过0.1%(质量分数),气体成分中存在较多的烷烃类气体,同时存在隔膜氧化现象。     

高温电池的极限高温实验及影响因素分析

以极限高温测试作为评判方法,分别考查蓄电池外壳材料及厚度、电解液成分、铅膏类型及催化栓等因素对蓄电池高温性能的影响。结果表明,采用改性ABS材料、特性铅膏配方,且外壳厚度在8 mm以上的电池耐高温性能较好。同时,采用胶体电解液、安装催化栓也可以在一定程度上提升电池的高温性能。     

阀控密封铅酸蓄电池电导/内阻与电池性能关系研究

主要研究了温度、静置时间、浮充电压、浮充时间等对AGM系列电池的电导/内阻的影响;并通过高温加速寿命试验,研究了电池内阻与电池寿命的关系;又通过对报废电池电导/内阻的研究,得出不能单纯用电导/内阻测试结果来判断电池的容量或寿命状况的结论。     

铅酸蓄电池用极柱端子胶的性能测试及应用

通过对新引进的四种端子密封胶进行一系列分析和测试,包括固化性能、对ABS和铅的粘接强度、高温耐酸性、对铅的防腐保护性能以及电池气密性、高温浮充、高低温试验等电池测试等,论述和评价了新引进的胶粘剂在ABS电池的极柱端子密封方面的性能。测试结果显示,DZ1防腐保护性能最差,DZ2经高温浮充后开裂,DZ3经高低温试验后变脆,DZ4综合性能最佳,满足生产需要。     

VRLA浮充寿命衰减机理及其试验研究

阀控式铅酸蓄电池(VRLA)作为变电站备用直流电源时,其大部分运行时间处于浮充备用状态。大量数据显示,在变电站中做备用电源使用的一部分VRLA浮充寿命为6年左右,远低于10～12年的设计寿命。VRLA的提前失效,严重影响着变电站的正常安全运行。从变电站工况下VRLA运行状态和运行特性出发,探究VRLA浮充寿命衰减机制;根据阿伦尼乌斯公式推演VRLA高温加速浮充耐久性试验内在机理,以此为基础拓展VRLA高温加速浮充耐久性试验方案;进行VRLA高温加速浮充耐久性试验,定义质量损失率、24 h开路电压(OCV)损失倍率和内阻增长倍率,探究质量、开路电压和内阻与VRLA浮充寿命衰减的关系。     

VRLA电池失效机理及在线延寿技术

基于阀控式铅酸(VRLA)电池的化学反应机理和常见失效模式分析,提出整组主动活化和劣化单体定点修复的在线主动延寿策略,开发在线活化装置;针对变电站电池运行、维护现状,提出异常VRLA电池的规范化处理流程。河北南部电网实际应用结果表明:同批次且同期投运的两组电池组,在相同浮充状态下运行,安装在线活化装置的1号,最大内阻偏差从20. 01%变为22. 04%,未安装在线活化装置的2号,最大内阻偏差从18. 35%变为31. 61%。     

磷酸铁锂/石墨电池浮充工况下的失效机理研究

研究了磷酸铁锂/石墨电池在不同温度和不同荷电状态下的浮充老化行为,对测试过程中电池的体积变化、容量变化、阻抗变化和产气成分进行了跟踪测试。测试结果表明,电池在浮充状态下的老化反应主要是电解液的分解反应和电解液/负极之间的界面反应,而且高温、高荷电态下该反应会加剧;电池容量衰退与产气直接相关,通过对产生的气体进行分析发现,浮充老化产气的主要是电解液还原分解,气体主要成分为CO_2和烷烃类气体。     

大型密封式固定型铅蓄电池的开发

除了30～1000Ah容量蓄电池已达到商品化程度外,我们最近又开发了1500～3000Ah的密封铅蓄电池。这些电池的特性如下: 1.这些电池1小时率的放电容量约比普通蓄电池的高15％。 2.充、放电特性与已商品化的200～400Ah蓄电池的相同,这就可能将新型电池与其并联连接。这就是说,如果200～3000Ah蓄电池适于以并联方式使用,它们就能满足目前所需的任何负载的要求。 3.该电池的设计预计浮充使用寿命10年以上。 4.在正常浮充充电期间,正极板产生的气体总是在负极板上再化合,因此,几乎没有气体或酸雾从电池内逸出。这就可能将电池安装在其负载(例如电子通讯设备)的附近。我们将来打算改进监控电池的条件,以便提供高可靠性的电源系统。     

备用型铅酸蓄电池浮充制式研究与探讨

失水和正极板栅腐蚀是铅酸蓄电池在备用电源场景下的主要失效模式。通过对备用型铅酸蓄电池进行全浮充和间歇式浮充的浮充寿命测试,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)等测试方法,对比分析了两种浮充制式对正极的板栅腐蚀程度和铅膏成分的影响。结果表明,采用间歇式浮充制式,能够有效地减少铅酸蓄电池的浮充电量和失水,但是对于板栅腐蚀引起的电池浮充使用寿命衰减改善效果不明显。     

高功率VRLA电池放电和浮充性能研究

阀控式铅酸(VRLA)电池的制造工艺包括有效增长寿命的胶体(GEL)工艺和适合高功率放电的吸附玻璃棉(AGM)工艺。通过对国内VRLA电池企业和品牌的分析,高功率VRLA电池是新的发展趋势。针对UPS市场,浮充充电对电池是至关重要的。本文中,主要对采用先进的冲孔和拉网板栅,以及连续涂板生产制造技术生产的新型高功率VRLA电池的成组串联浮充性能进行测试分析。实验结果表明,新型高功率VRLA电池20小时率恒电流和15 min恒功率放电性能均优于普通电池的。除此之外,随着浮充时间的延长,电池电压极差逐渐减小,说明新型高功率VRLA电池具有良好稳定性和一致性。     

介孔碳纳米微球在锂离子电池中的应用

将介孔碳纳米微球粉末与磷酸铁锂(LiFePO_4)、石墨混合(介孔碳含量为8%)作为电池的正负极材料,组装锂离子电池。添加碳纳米微球后,电池的可逆性和比容量均优于未添加的,尤其在大电流9.0 A充放电时,充电电压平台约低0.25 V;充放电效率高出约88.5%;输出容量与放电电流为0.8 A时的比值高约15%。在低温0℃、-10℃和-20℃放电时,添加碳纳米微球的电池输出容量与额定容量的比值比未添加的分别高12.4%、14.9%和16.7%。     

Mg掺杂对LiNi_(0.6)Co_(0.15)Mn_(0.25)O_2电化学性能的影响

以氢氧化钠为沉淀剂,氨水为络合剂,通过氢氧化物共沉淀法制得前驱体,然后高温煅烧,合成锂离子电池正极材料Li(Ni_(0.6)Co_(0.15)Mn_(0.25))_(1-x)Mg_xO_2(x=0、0.01、0.02、0.03和0.04)。通过XRD、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)和恒流充放电等测试,研究Mg掺杂对材料性能的影响。适量的Mg掺杂可降低材料阳离子混排度,提高材料的循环性能及倍率性能。Li(Ni_(0.6)Co_(0.15)Mn_(0.25))_(0.98)Mg_(0.02)O_2的电化学性能较好,以0.1 C在2.7~4.3 V循环,首次放电比容量高达190.9 mAh/g;1.0 C循环30次的容量保持率为90.07%。     

高温型Sm_2Co_(17)永磁体的磁性能及热稳定性

采用粉末冶金工艺制备高温型Sm_2Co_(17)永磁材料,其室温磁性能为:B_r=0.984T,H_(cb)=761k A/m,H_(cj)=1957k A/m,(BH)_(max)=190.4k J/m~3。高温550℃的B-H曲线具有良好的线性度,磁性能为:B_r=0.661T,H_(cb)=447.8k A/m,H_(cj)=536.7k A/m,(BH)_(max)=78.68k J/m~3。内禀矫顽力温度系数β(17.7~550℃)为-0.14%/℃。制备Φ10×10mm并进行电镀层防护的样品,在高温550℃的大气环境下进行长期热稳定处理。结果表明,随着处理时间的延长,镀层表面产生CuO和CoO复合氧化层,从而减缓了SmCo磁体的进一步氧化;经过5036h热稳定处理后磁通量下降了6.95%,磁体的热稳定性良好。     

高温固相法合成水系富锂锰基Li_2Mn_(1-x)Co_xO_3

采用高温固相法合成水系锂离子电池用富锂锰基Li_2Mn_(1-x)Co_xO_3(x=0、0.1、0.5和0.9)正极材料。用SEM和XRD技术对材料进行物相分析,用循环伏安(CV)和恒流充放电(0.5 mA/cm~2、1.00~2.05 V)测试分析电池的电化学性能。掺入金属钴,不改变材料的基本结构;当钴含量x=0、0.1、0.5和0.9时,首次放电比容量分别为66.9 mAh/g、375.8 mAh/g、291.2 mAh/g和331.5 mAh/g,x=0.1的材料表现出最优的电化学性能,比容量可稳定在380 m Ah/g附近,库仑效率稳定在90%以上。     

机器人铅酸电池材料组织转变及电化学行为

通过对比实验方法研究了机器人铅酸电池Pb-Sb合金的胞/枝晶转变和电化学行为。采用EIS、极化曲线和等效电路分析研究了定向水冷凝固系统制备Pb-2.2%(质量分数)Sb合金试样在室温条件下H_2SO_4溶液中的腐蚀抗性。研究结果表明,胞状组织Pb-2.2%(质量分数)Sb电流密度为树枝晶组织的1/3。Pb-2.2%(质量分数)Sb合金比Pb-1%(质量分数)Sb和Pb-6.6%(质量分数)Sb合金的电流密度低,具有作为铅酸电池正极格栅的应用潜力。低冷却速率(0.6℃/s)的传统铸造工艺可获得粗的胞晶间距,从而获得良好的电化学腐蚀抗性,适用于制备Pb-2.2%(质量分数)Sb合金格栅。     

纳米Si/C复合微球材料制备及电化学性能表征

通过高温热解法合成不同纳米硅含量的Si/C复合微球材料并对其形貌及电化学性能进行了探究。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、恒电流充放电和循环伏安测试等技术对样品进行表征分析。电化学测试结果表明:当样品中的硅含量为8%(质量分数)时,制备的纳米Si/C复合微球负极材料在100 m A/g的电流密度下,首次可逆充电比容量为532.0 mAh/g,循环100次后,比容量可稳定在321.8 mAh/g。该结果归因于无定形碳良好的导电性及较高的比表面积。     

高镍三元正极材料后处理降碱工艺

以高镍含量镍钴锰氢氧化物、氢氧化锂为原料,采用高温固相法合成锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(NCM811)。温度为750~850℃、n(Li)∶n(Ni+Co+Mn)为1.02∶1.00~1.08∶1.00,合成的NCM811材料保持纯相,但材料中残留的碱性杂质仍然较多。通过引入磷酸二氢铵、纯水淋洗等手段,可较为简便地处理残留的碱性杂质。与未处理的相比,淋洗降碱后的样品在3.0~4.3 V充放电,0.5 C、1.0 C及2.0 C倍率性能约有1%的降低,但0.1 C首次充放电效率由89.1%上升到93.0%,1.0 C放电比容量由179.2 m Ah/g上升为181.8 m Ah/g,循环100次,容量保持率由90.8%上升到94.1%。     

电动客车配套电池的研制开发

介绍了为电动客车配套的阀控密封铅酸蓄电池的研制开发情况。采用含适当比例β-PbO的铅粉,并对α-PbO、β-PbO及游离Pb的比例加以控制;通过对和膏温度、固化湿度的严格控制,调节3 BS与4 BS的比例;采用多阶段极板化成工艺;通过更严格的公差控制保证产品的均匀性;主要部件包括槽、盖、隔板、极板、酸液密度及加入量等的精度均采取相应措施加以控制。电池检测结果,均匀性相对差值≤1％,耐过充性能良好。经48 h恒流过充后电池3 h容量较完全充电（16 h,14．4 V恒压充电）后电池3 h容量高出约5％～10％,密封反应效率均大于95％,荷电保持能力容量均在95％以上。     

软碳掺杂对大容量锂离子电池低温性能的影响

锂离子电池的低温性能是制约锂离子电池发展的重要因素之一。研究了负极中掺杂20%软碳的电池样品在低温条件下的倍率充电性能、低温放电性能及低温循环性能。实验结果表明,负极掺杂20%软碳的锂离子电池,-10、-20℃充电容量分别能达到25℃时充电容量的91.11%和81.74%;-20℃循环50次,剩余容量为低温初始容量的91.91%。     

相对湿度对燃料电池电压衰减影响的渐进分析

为研究相对湿度对车用燃料电池电压衰减的影响,提出了电池阳极相对湿度(anode relative humidity,ARH)模型。建立了燃料电池计算模型和网格,将ARH模型移植到计算流体动力学软件(FLUENT)中,用于计算电池堆中电压衰减最快的单电池。针对C10(距离进气口最远的电池)在不同相对湿度时的FLUENT原模型、ARH模型和实验数值进行了对比分析。结果表明:ARH模型能较准确地计算C10的性能,在相对湿度为100%时,ARH模型比FLUENT原模型精确度提高了10%。为进一步优化燃料电池堆的水管理系统提供了新的思路。