锂离子电池正极材料的发展研究

介绍了锂离子电池的工作原理，论述了锂离子电池正极材料的发展研究现状、合成方法及其影响因素。展望锂高于电池在国防领域的广阔应用前景。     

锂离子电池SOC估计方法的比较

新一代混合动力特种车辆直流母线电压高达900 V,由多个单体电池串联或并联组成电池组,由于电池单体之间存在着不一致性,往往使得电池组寿命要低于电池单体寿命几倍甚至几十倍.因此需要对整个电池组进行均衡管理,而均衡管理最关键的因素是检测每个电池单体的荷电状态(SOC).对现有的9种SOC估计方法进行了分析比较,提出了将安培积分法和开路电压法相结合来估算SOC,同时考虑温度、电池老化和充放电效率的影响.此方法简单、可靠,可以在线实时观测,符合特种车辆的要求.     

锂离子电池正极材料钴酸锂近期研制进展

以钴酸锂(LiCoO2)为正极活性材料的锂离子二次电池是军事装备的重要能源。介绍了国内外锂离子二次电池的生产现状,列举了正极材料LiCoO2高温合成的原料和工艺步骤,比较了各厂家产品的性能差别。通过总结近年文献,探讨了原料的种类、混匀程度、反应温度、热处理时间以及冷却速度等工艺因素对LiCoO2的结晶度和颗粒形态的影响,进而对LiCoO2的充放电性能和热稳定性的影响。介绍了近期为提高LiCoO2的性能而研制LiCoO2合成工艺的新成果及发展动态,提出了LiCoO2性能优化的必要性和可能的主要途径。     

新型锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展

综述了新型锂离子电池正极材料LiFePO4的研究进展,重点阐述了LiFePO4材料的结构、制备方法、改性研究,并对当前国内外LiFePO4产业化现状进行了介绍.LiFePO4以其优良的综合性能,被认为是最有前途的锂离子电池正极材料.     

身管精锻过程跨尺度多晶体塑性有限元模拟与织构预测

径向精锻是一种先进的身管制造方法。身管的多晶体材料经锻打后,晶粒会发生择优取向形成织构,在宏观上产生各向异性现象,这是普通有限元方法所无法模拟的。利用数学软件Matlab和程序设计语言Python联合编程并结合有限元软件ABAQUS,建立身管精锻宏观模型和细观多晶体模型;应用跨尺度方法,开发程序实现了宏观力学至微观力学边界条件的继承,使研究的晶粒尺寸达到了真实尺寸。分析微观多晶体模型的晶粒取向变化,使用Matlab编程画出锻后多晶体材料的极图和取向分布函数图,并用X射线衍射试验验证了晶粒取向模拟结果的正确性。建立了将身管径向精锻从宏观锻造到细观织构联系起来的一套研究方法,为预测锻后身管性能变化提供了思路。     

锂离子电池材料Li4Ti5O12的合成

在锂醇盐的乙醇和乙酰丙酮混合溶液中,恒流为0.2A电解钛片6h,制得复合氧化物纳米粉体Li4Ti5O12的前驱体Li4Ti5(OEt)(24-n)(acac)n (acac为乙酰丙酮基).控制pH ≈ 8.5直接水解得到凝胶,凝胶经洗涤、干燥24h后,在600℃加热2h制得纳米Li4Ti5O12粉体.产物通过红外光谱(FT-IR)电子透射显微镜(TEM)进行表征.实验表明,水解后的干凝胶粒径10~15nm,纳米Li4Ti5O12粉体粒径15~20nm.     

基于改进Voronoi的高强铝合金微观结构的跨尺度模拟

通过改进Voronoi方法建立含有夹杂粒子的2A12铝合金微观晶粒结构模型。将内聚力模型中的位移-驱动力之间的关系嵌入到Voronoi晶界之间进行微观晶粒结构的有限元模型分析,并通过有限元子模型技术,建立微观晶粒结构到宏观结构的跨尺度有限元模型。结果表明:改进的Voronoi方法可较好地模拟铝合金显微组织结构;不同形状(a/b)和位置(θ)的夹杂粒子对脱黏应力有着较大影响。基于微观晶粒结构得出宏观的应力-应变关系曲线,实现高强铝合金材料的跨尺度分析。     

基于性能退化数据的锂离子电池贮存可靠性评估方法

大功率锂离子二次电池在贮存过程中通常出现失效数较少但性能退化较普遍的现象,而且测量所得的电池数据不确定和不完整。为评估电池贮存可靠度,该文提出了一种根据正常电池数据建立模糊隶属函数处理不完整数据的方法,通过该方法得到电池的贮存可靠度。通过多组数据计算,证明了该方法的有效性和实用性。     

Ni-Cr-Al合金分级时效过程的原子尺度的模拟

基于微观相场模型,模拟了Ni-8%Cr-17%Al合金(原子分数)在分级时效工艺(1273K+1073K)下沉淀过程中原子图像和体积分数的变化规律。研究发现分级时效工艺与单级时效工艺相比,沉淀强化γ′相尺寸较大,数量较少,γ′相体积分数略有增加,合金沉淀孕育期延长。     

低密度材料射流形成过程的数值模拟

为研究在炸药爆轰作用下低密度材料形成射流的过程,采用AUTODYN有限差分软件,对低密度材料尼龙和特氟龙药型罩的成型特性做对比,得出在相同的时间下,形成射流的长度尼龙大于特氟龙,但特氟龙药型罩形成的射流一致性较好;并与广泛使用的高密度铜药型罩的成型对比,对不同时刻射流的形态及速度进行分析,得出低密度材料形成的射流有能量低、稳定性好、射流长径比较大的性质,所以对爆炸反应装甲穿而不爆有显著优势。     

相变材料冷板蓄热过程的数值模拟

在航空航天领域应用中,为维持电子设备正常工作,需使电子元件表面温度保持在一定范围内。采用基于相变蓄热材料的热控技术是一个很好的选择。通过数值计算研究了不同热导率和不同厚度的相变材料作为相变蓄热单元体的温升过程,得到了相变材料热导率和相变材料厚度对电子元件表面散热效果的影响,为相变材料冷板提供设计参考。     

介观尺度切削过程的材料本构关系分析

应用应变梯度理论,建立了考虑尺度效应的介观切削材料本构关系;应用建立的本构关系对于不同切削条件时材料的应力-应变关系进行了分析研究。研究表明:随着切削厚度的增加,材料力学性能曲线逐渐向宏观Johnson-Cook(JC)模型靠近;当前角增大时,剪切角随之增大,材料内部的应力加大,材料的尺度效应越明显,因此适当增大刀具前角有利于介观尺度切削;切削刃半径对材料性能的影响比较明显,随着切削刃半径的减小,材料性能的尺度效应逐渐显著,要实现介观尺度切削,刀具切削刃半径必须极小。     

基于卡尔曼滤波的锂离子电池模型参数辨识

为了提高锂离子电池仿真模型精度,提出了基于改进的粒子群优化卡尔曼滤波（IPSO-KF）算法辨识电池模型参数。依据卡尔曼滤波算法,根据电池电压、电流,估计电池二阶RC模型参数。利用改进的粒子群算法优化卡尔曼滤波中的协方差矩阵,提高模型参数的辨识精度,建立精确的电池模型。     

固相法制备锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究

以Li_2CO_3、MnO_2和Ni(OH)_2为原料,采用固相法在空气中于750～950℃下烧结24h得到LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料,并采用XRD、SEM、BET和恒电流充放电等对样品进行了表征测试。结果表明:合成的样品均为纯相的尖晶石结构,并且随着合成温度的升高,样品的粒径增大、比表面积减小。充放电测试表明:850℃下合成的样品有较好的电化学性能,0.1C的放电比容量可达120.7mAh·g~(-1),0.5C循环30次后,容量保持率为99.3%。     

螺旋微反应器内传热过程模拟仿真与尺度放大

为提升微反应器制备含能材料的热安全性,采用基于有限体积法的计算流体力学模拟仿真方法,对螺旋微反应器内结构参数对流动与传热的影响规律进行了研究。结果表明,在螺旋微通道中,连续流动的流体在离心力的影响下会产生连续的二次流扰动方向变化,有助于增强流体的传热性能。增大螺旋微反应器的曲率、减小无量纲螺距值和增大流体流速,能够有效提升努塞尔数和控制沿程阻力系数。螺旋微反应器的传热性能存在“放大效应”,当螺旋管管道半径放大到2.5 mm以上时,热阻系数增大,传热性能降低。将螺旋管的管道半径控制在2.5 mm,能够在维持较高传热性能的同时,使换热流体通量增大了25倍,且压降降低了98.9%。     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池低温特性研究

锂离子电池较差的低温特性限制了其在军工、航空航天等领域的发展,为拓宽其低温应用,基于电化学阻抗谱特性,在传统Randles模型基础上引入复合元件,建立锂离子电池低温等效阻抗修正模型,用改进的遗传算法进行参数辨识,作阻抗模型在全频率下合成试验和阻抗模型拟合数据,在相对复平面的误差分析,拟合超低温循环存储充放电前后模型参数变化曲线.结果表明:修正模型精度较高,辨识参数能探明长期低温存储充放电循环过程中,电池阻力增长趋势及电极表面电荷转移;在低温存储状态下,电池处于较低荷电最好,会增加电池电极存储电荷的能力.     

行星变速箱换档过程模拟方法研究

行星变速箱的工作过程是一个由多参数变化决定的动态过程,研究这一过程,对改善车辆平稳性、使用寿命有很大帮助.利用多自由度变速箱的数码表示方法,结合拉格朗日能量方程,建立了行星变速箱各种档位都适用的通用数学模型,将该模型用于计算机中计算不同档位的运动学和动力学问题,带来很多便利.在此基础上,用数值积分方法对模型进行数值求解计算,对换档过程进行数值模拟,最后对典型结构的行星变速箱进行了实例验证.     

硅垫层材料的释气研究

利用TG—IR及GC—MS与固相微萃取相结合的方法对三种不同结构的垫层材料的释气进行了研究。结果表明：在所有样品的气相富集物中均有H2O、CO2等无机组分及部分有机组分；在100℃富集的气相组分同200℃的实验结果类似，但200℃个别样品的有机组分增多。     

非均质材料界面损伤的数值模拟方法研究

由于材料制备/承载过程中其内部存在着各种尺度的裂纹,裂尖邻域的高度应力集中,会造成此区域夹杂界面有相对较高的脱粘概率。为了研究复合材料内部裂尖邻域夹杂脱粘的发展和此过程中应力强度因子的变化规律,利用含夹杂与裂尖的解析胞元法建立考虑温度效应的复合材料内部裂尖邻域的细观力学模型,并通过Weibull概率函数控制加载过程中夹杂脱粘的发生,得到夹杂的材料性质和环境温度对裂尖附近区域夹杂脱粘概率与裂纹场应力强度因子的影响规律。     

炸药切削过程中切削力的数值模拟方法研究

PBX炸药在武器中有广泛的应用，由于其钝感性，可以通过机械加工的手段将其加工成所需形状；但是，从保证炸药车削加工安全的角度出发，研究炸药切削加工过程中力的大小与分布十分重要，本文根据PBX炸药材料的力学性能实验和切削实验的结果，采用有限元显式侵彻算法，研究适合炸药材料特点的弹塑性本构关系和等效应力的失效准则，模拟炸药切削过程；利用干切实验的结果，对数值模拟模型进行了修正和完善，切削合力的计算曲线与实验结果比较接近，随不同切削参数的变化趋势与实验基本一致，从而证明了此模拟方法是可行的。