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.     

基于等效电路的内阻自适应锂离子电池模型

根据目前动力蓄电池模型研究的现状,分析了各种电池模型的优缺点,提出了一种非线性的等效电路电池模型,并通过卡尔曼滤波算法,在线辨识电池内阻,得到内阻自适应电池模型.通过两种实验,分别在不同电流循环工况和环境温度下测试模型的适应性,结果表明,该模型可以较好地反映电池的动态特性,并能适应电流、荷电状态、温度等变化对电池的影响.     

3类锂离子电池多孔电极模型比较研究及电池正向设计应用

锂离子电池的电极由活性物质、黏结剂、导电剂等多种固相材料及灌注其孔隙间的液态电解质组成。通过优化电极的微观多孔结构可提高电池内部锂离子与电子两类主要载流子的有效传输速率,从而有效提升电池能量密度、功率密度。基于多孔电极模型的正向设计方法正逐渐取代传统的试错方法被广泛应用于产业界,但以往的模型难以在计算量与性能预测精度上取得平衡。该文提出了扩展均相多孔电极模型,该模型可以有效地在计算负荷与性能预测精度上实现较好的平衡。比较了3类锂离子电池多孔电极模型——经典准二维均相模型、作者团队开发的非均相模型、该文提出的扩展均相多孔电极模型在计算时间以及电极结构描述精度上的差异,并就不同研发场景下的模型选择给出了具体建议。利用扩展均相多孔电极模型分析了一例电池正向设计的典型问题,即负极活性颗粒粒径选择及其对电池性能的影响,结果发现:提高负极颗粒粒径分布集中度、降低颗粒粒径大小可有效改善电池内部离子在电解液以及活性颗粒内部的有效传输速率,可使得电池在不同倍率条件下的放电容量提升25%(低倍率)至100%(高倍率)。     

容量间歇滴定法测定LiCoO2中Li+的固相扩散系数

采用容量间歇滴定技术在充放电仪上测定了不同电压条件下嵌入型锂离子电池正极材料LiCoO2中Li^＋的固相扩散系数.研究结果表明：在3.9～4.3 V电压范围内,LiCoO2中Li^＋的固相扩散系数的数量级为10^-13～10^-12cm^2/s,且在电压为3.95 V时达到最小,在电压为4.15 V时达到最大.整个充电过程中,当电压由3.95 V上升至4.15 V时,LiCoO2中Li^＋的固相扩散系数增大;当电压由4.15 V上升至4.20 V时,LiCoO2中Li^＋的固相扩散系数减小;当电压由4.2 V继续上升至4.3 V时,LiCoO2中Li^＋的固相扩散系数同样经历了先增大后减小的过程.     

动力锂离子电池电路建模与仿真

以锂离子电池为研究对象,分析了多种电池等效电路模型的优缺点,最终选取分数阶等效电路模型进行研究,但由于模型中涉及分数阶电路,不便于计算处理,从而提出对其进行降阶处理的方法,采用改进分数阶的电路模型来确定动力锂离子电池的传递函数,并且求解出这个分数阶电路模型的阶跃电流响应解析解.最后,对由R1∥CPE1,R2∥CPE2和Zw∞分数阶电路构成的电路模型进行降阶处理.时域仿真表明,在0. 1～10. 0s时间范围内,降阶模型近似解和分数阶模型的解析解非常逼近,电路一阶降阶模型相对误差低于10. 0%,而其中的二阶降阶模型相对误差更是低于2. 0%.给出的分数阶电路降阶模型不仅可以降低运算的复杂性,同时在精度上能满足工程应用控制的要求.     

关于锂离子电池Thevenin模型的仿真研究

针对动力电池组运行时,内部的系统参数会随着环境因素和荷电状态(state-of-charge,SOC)发生动态改变,提出一种参数变化的Thevenin等效电路模型;从荷电状态是影响锂电池各参数特性的主要因素出发,将传统Thevenin模型中模拟各模块使用的不变参数用随着SOC变化的动态变量来表示; HPPC获取模型参数,电池仿真端电压基本上跟实际端电压波形吻合,且趋势大致相同;实验结果表明:在正常工作状态下,建立的模型可以有效地反应电池内部的工作特性,有着良好的精度。     

锂离子电池2种内阻测试方法关联性的研究

文章基于锂离子全电池及半电池体系,研究其在10%～90%荷电状态(state of charge, SOC)内直流阻抗(direct current resistance, DCR)与交流阻抗(electrochemical impedance spectroscopy, EIS)之间的关联性。结果表明：在一定脉冲电流范围内,DCR的大小仅与脉冲时间有关;在1～100 mV的扰动电压范围内,EIS保持不变。当选取EIS谱图中交流阻抗处的时间常数t₍R_s+R_f+R_ct)作为DCR测试的脉冲时间时,对于全电池体系,2种阻抗测试方法在所考察的SOC范围内均具有较好的关联性,测得的阻抗值相对偏差小于14.2%;对于半电池体系,2种阻抗测试方法仅在40%～90%SOC内具有较好的关联性,得到的阻抗值相对偏差小于10.7%。该文将锂离子电池2种阻抗测试方法相关联,对锂离子电池阻抗的测试及分析具有一定的意义。     

三氧化钼应用为锂离子电池负极材料研究综述

锂离子电池由于其具备的高能量密度、较长的循环寿命和无记忆效应等优点被广泛应用在储能领域。传统商用锂离子电池石墨负极理论容量为372 MAh/g,这极大地限制了电池性能的进一步发展。三氧化钼负极由于其具备较高的理论容量和特殊的电化学性质而备受关注,但仍存在着如导电性差、循环和倍率性能差等缺点。基于此,通过梳理近年来关于三氧化钼应用为锂离子电池负极的研究,综述了多种提升三氧化钼电极材料性能的方法,以期为后续的研究作为参考。     

用昂萨格唯象关系估算嵌入型电极材料中锂离子表观扩散系数

锂离子嵌入型电极材料中锂离子和电子会在二者电化学位梯度的推动下流动,锂离子的"嵌入"和"脱出"涉及锂离子和电子在电极材料中的扩散过程。导出了用著名的昂萨格唯象关系估算的等温条件下锂离子表观扩散系数和电子表观电导率的计算通式,并给出在磷酸铁锂(LixFe-PO4)正极中锂离子表观扩散系数D*1的估算实例。计算结果表明:D*1随嵌入度x的变化,主要是由于系统内部电场对浓度场的影响所造成的,而与离子流和电子流之间的相互作用关系不大。在x很小、电极材料组成接近FePO4相时D*1值很大,如在x=0.01处D*1的计算值为10-12cm2.s-1,但随着x的增加D*1值急剧下降;在x=0.1~1.0之间,D*1值下降趋缓,约为10-13~10-14cm2.s-1,其均值约为8×10-14cm2.s-1;当x=1.0且电极材料组成为LiFePO4相时,D*1值最低,约为2×10-14cm2.s-1。     

基于相似理论的锂电池三维电化学跨尺度建模

从抛物线型偏微分方程基本形式出发,利用量纲为一分析法推导了抛物线型偏微分方程的相似准则,并推广得到电化学过程的相似准则,从而确定原型与模型之间的电化学过程参数相似关系.利用Comsol Multiphysics软件进行了锂离子电池单元电化学过程的有限元建模与计算,验证了所建立相似准则和相似关系的正确性.模型验证结果表明电化学有限元建模方法能实现锂离子电池三维电化学过程的一致模拟,同时,高倍率充放电工况下电池内部不均匀性加剧,导致传统的通用准二维模型预测结果具有较大误差.因此,在电池单体设计及系统集成与管理过程中,有必要对基于准二维模型的状态估计算法进行修正,以避免电池局部过充过放而导致安全隐患.     

金属电阻及电阻率研究的实验设计

介绍了设计性实验"金属电阻及电阻率的研究",利用经典金属电子论解释金属电阻及电阻率的微观本质,提出了测量金属电阻率及电阻率温度系数的方法,分析了产生误差的主要原因,提出了减小误差的方法。     

复合金属氧化物正极材料 Li(CoxNiyMn1-x-y)O2高功率锂离子动力电池的试制及电化学性能的研究

用化学方法合成用于锂离子动力电池正极的新型高电压高容量复合金属氧化物材料Li(Co_xNi_yMn_1-x-y)O₂试制了具有良好热稳定性的高功率 8 Ah 锂离子动力 电池。在研究了该电池的电化学性能后, 研制了用于混合动力电动车辆的电池系统并进行了车载实验。结果表明该 电池系统在深度放电条件下不仅显现出十分优越的循环性能和一致性, 经过模拟工况测试后的数据还表明单体电池升温最高仅为 5℃, 即电池系统还具有良好的热稳定性, 因此该电池系统是适合用于混合动力电动汽车的。