不同荷电状态钛酸锂电池高温日历老化研究北大核心CSCD

钛酸锂电池因循环稳定性和安全性好等优点在能源存储领域具有潜在应用前景,然而目前关于其在高温条件下的日历老化研究报道较少。荷电状态和环境温度通常被认为是影响钛酸锂电池在日历老化过程中性能演化的关键参量。本工作以某商用圆柱形钛酸锂电池为研究对象,通过高温加速老化模拟实验,探究在不同荷电状态下(0%、50%、100%SOC)钛酸锂电池电化学性能演化规律及机理。实验结果表明,钛酸锂电池在高温日历老化过程中的健康状态与荷电状态存在强相关性,以不同荷电状态储存的电池,其容量呈现出随时间不同的变化趋势,其内在机理也有所不同。本工作主要揭示了荷电状态对高温储存下钛酸锂电池性能的影响规律和作用机理,对于钛酸锂电池未来在大规模储能应用中的运行维护具有一定科学指导意义。     

Analysis for the applications of lithium titanate battery in the MW-class energy storage systems

相对于传统型的锂离子电池,钛酸锂电池具有充放电响应速度快、倍率特性好、寿命长等优点,但钛酸锂电池单位容量的成本较高。本文从储能系统应用需求层面分析典型功率型储能系统对电池倍率和容量的要求,结合钛酸锂电池的特点,得出高倍率的钛酸锂电池应用于功率型储能系统相对于能量型锂电池,可以大幅度减少电池配置数量的结论,因此可发挥钛酸锂电池的竞争优势。     

钛酸锂电池在兆瓦级储能系统中的应用分析

相对于传统型的锂离子电池,钛酸锂电池具有充放电响应速度快、倍率特性好、寿命长等优点,但钛酸锂电池单位容量的成本较高。本文从储能系统应用需求层面分析典型功率型储能系统对电池倍率和容量的要求,结合钛酸锂电池的特点,得出高倍率的钛酸锂电池应用于功率型储能系统相对于能量型锂电池,可以大幅度减少电池配置数量的结论,因此可发挥钛酸锂电池的竞争优势。     

考虑倍率特性的调频用储能电池优化配置

提出一种考虑储能电池倍率特性的容量配置方法,以各类储能电池充/放电时间与倍率的关系为约束,以储能电池容量/功率最小为目标进行优化配置。以某实际电网典型工况为算例,结合不同倍率下作用时间的等效折算方法,对考虑与不考虑倍率特性的磷酸铁锂电池进行容量配置,验证该方法的优势,并从不同电池类型角度对磷酸铁锂、钛酸锂、铅酸电池的容量配置进行对比分析,最后结合3种常用的一次调频控制策略对考虑倍率特性的钛酸锂电池进行容量配置。结果验证了该方法的可行性和有效性。     

电流特征对锂离子电池性能的影响研究

以镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂和钛酸锂4种锂离子动力电池为研究对象,建立测试实验平台,并设计实验流程,综合电流曲线、放电倍率和环境温度等工况因素,研究运行工况对4种锂离子动力电池可用能量、温升的影响。实验结果表明：温度是影响电池可用能量的主要因素之一,钛酸锂电池可用能量受温度影响最小,磷酸铁锂电池受温度影响最大;放电倍率是影响电池可用能量的另一个关键因素,随着放电倍率的增加,4种电池可用能量均出现不同程度的衰减;阶跃电流或阶跃放电频率对镍钴锰酸锂电池和磷酸铁锂电池的可用能量具有较大影响。     

红柳基锂电池负极材料的制备及电化学性能

以中国西北地区特色植物红柳为碳源,经过干燥、热解和酸洗等处理,通过机械破碎的方法制得纳米碳颗粒(CRN),以其为主要活性材料制备了锂电池硬碳负极并研究了电化学性能.利用X射线衍射仪(XRD)、激光显微拉曼光谱仪(Raman)以及扫描电镜(SEM),分别对所制备CRN的物相结构、石墨化程度和表面形貌进行对比分析.采用恒流充放电对所制备的负极材料进行比容量、倍率和循环稳定性测试,使用电化学工作站(CHI660E)分析了负极材料的交流阻抗(EIS)和循环伏安(CV).结果表明,干燥后的红柳经过500、600、700和800℃的低温热解和HCl酸洗处理后,低温热解温度为600℃时所制得的CRN循环稳定性、比容量和倍率性能最佳.本研究表明,以红柳为碳源制备的CRN完全可以用于锂电池负极材料.     

基于电化学热耦合模型的富镍锂离子电池产热分析

锂离子电池在工作过程中产生的热效应会影响其温度和电化学性能,并极大地影响电池的安全性和使用寿命.分析电池在放电过程的热特性变化规律及产热机制,评估电池内部不同性质的产热对温度变化的相互作用,对于电池热管理系统的设计起到至关重要的作用.因此,本工作以富镍三元锂离子电池为研究对象,建立了基于动态参数响应的电化学热耦合模型,在0℃和40℃环境温度下分别进行了 0.3 C、1C放电与温升实验验证,验证结果表明耦合模型具有较好的精确性和可靠性,能够准确地分析电池热特性.基于验证后的模型,研究了富镍锂离子电池在不同放电倍率、环境温度、换热环境下的温升特性,并进一步分析了电池内部生热机理及发热特性.结果表明:放电倍率的增大使得电池的总产热量迅速增大,同时加剧了电池内部的温度不均匀性,正负极熵热系数较大的差异性使得正极区域产热较大而负极产热较为平缓.研究结果能够为锂离子电池的热性能评估和电池组的热管理系统设计提供一定的指导意义.     

Novel ionic plastic crystal-polymeric ionic liquid all-solid-state electrolytes for lithium ion batteries

离子塑性晶体作为一类新型的固态电解质材料,近年来受到研究人员的极大关注。本文合成了一种新型离子塑性晶体：N,N-二甲基吡咯双氟磺酰亚胺（P₁₁FSI）,并将其与吡咯阳离子离子液体聚合物-聚二甲基二烯丙基铵双氟磺酰亚胺（PILFSI）和锂盐（LiFSI）复合制备了P₁₁FSI-PILFSI-LiFSI全固态电解质。采用差示扫描量热法、热重分析、阻抗测试、线性扫描伏安法及对称锂电池测试等一系列表征技术对全固态电解质的热性能和电化学性能进行了系统研究。所制备的电解质膜具有好的柔韧性和热稳定性,高的离子电导率和电化学稳定性,以及与金属锂良好的界面相容性。将全固态电解质应用于Li/LiFePO₄电池中,在50℃、0.2 C充放电倍率时,电池放电比容量在60次循环后仍可达151.1 mA·h/g,容量保持率为96.8%;且在0.5 C、1.0 C倍率下放电比容量仍然高达138.1 mA·h/g和128.1 mA·h/g,展现出高的放电比容量,好的循环性能和倍率性能,有望应用于全固态锂离子电池中。     

磷酸铁锂电池及其新能源汽车启动电源性能研究

鉴于汽车启动电源铅酸电池存在严重环境污染隐患,本文采用环保型32650圆柱磷酸铁锂电池组装成25.6 V/65 A•h电池组代替铅酸电池应用于汽车启动电源,并分别对磷酸铁锂电池组的常温和低温启动能力、倍率性能和低温放电性能等进行测试。实验结果表明,电池组0.33 C放电容量为67.028 A•h,3 C放电容量为0.33 C放电容量的98.24%,电池组具有较好的倍率性能;电池组在 −30℃放电容量为额定容量的84.7%,具有良好的低温性能;电池组在25℃和 −20℃下以600 A电流放电,单串电池电压均高于放电保护电压;电池组在25℃搁置28 d之后,容量恢复率为99.37%;磷酸铁锂电池组性能均满足汽车启动电源性能要求,可以代替铅酸电池作为汽车启动电源。     

钛酸锂基锂离子电池及其健康状态研究进展

锂离子电池的高功率密度和高能量密度等特性使其成为电动汽车能源和新能源电网储能的重要载体。功率性能和安全特性是锂离子电池发展的两个主要挑战。钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂材料因具有良好的结构稳定性、安全性能、长循环寿命、高功率特性和高低温放电性能,被认为是锂电池负极材料的良好备选。综述了以钛酸锂材料为负极的锂离子电池的相关工作,介绍了钛酸锂材料的结构、电化学特性、制备方法和作为电池负极材料面临的主要问题,重点介绍了钛酸锂负极电池的全电池性能和健康状态研究等方面。