锂离子电池充放电特性研究

本文初步分析了锂离子电池的结构原理，并在对锂离子电池多次循环充放电实验基础上，较详细的分析了锂离子电池的充放电特性，提出了其在充放电的过程中需要注意的几个问题，为锂离子电池的维护、保养和使用提供参考。     

锂离子电池充电方法研究

本文阐述了锂离子电池的线性充电方案和脉冲充电方案的基本原理，通过两种充电方式在不同温度下充电时间和可用容量的对比试验、电池老化试验，得出了以下结论：脉冲充电方式比线性充电方式能够更快地给锂离子电池充电，而且充电后的可用容量两者大致相等；脉冲充电并不比线性充电更快地使电池老化。并从理论分析上分析了脉冲充电方式改善充电效果的原因。     

基于交流阻抗谱的锂离子电池老化模式量化方法

针对锂离子电池老化实验过程中交流阻抗谱呈现2种不同变化趋势的现象,加入了双等效电路模型分析的思路,设计了一种能适用于2种交流阻抗谱特性的老化模式量化方法 .根据这种老化模式量化方法,进行不同条件的电池老化实验,并研究了3种老化模式的变化趋势,指出一个适用于本实验电池的多种老化条件下的统一规律:活性锂离子损失和活性材料损失在老化过程中影响比较明显,其中活性材料损失影响最为明显,与活性材料损失相比,电导率损失与活性锂离子损失在老化过程中的影响较弱.     

锂离子电池氧化物负极材料的研究

采用氨解法制备了SnO，Sb2O3，GeO2 3种氧化物粉末，将其分别作为锂离子电池负极材料的活性物质，利用恒电流电池测试仪研究其电化学性能．研究发现，这3种活性物质有较高的电化学容量，其首次放电容量分别为1520mAh/g(GeO2)，820mAh/g(Sb2O3)，1040mAh/g(SnO)；首次充电容量分别为800mAhg/(GeO2)，520mAh/g(Sb2O3)，800mAhg/(SnO)．同时还发现其不可逆容量损失也较大，讨论了产生这一结果的可能原因，提出了减少不可逆容量损失的办法．     

锂离子电池组快速智能充电技术

阐述了锂离子电池的基本电气特性,对锂离子电池组中单体电池压差导致电池组使用寿命严重缩短的问题进行了分析.根据锂离子电池组充电的特殊要求,设计了一种基于单片机的锂离子电池组快速智能充电管理系统,它能够按照锂离子电池的充电规律的要求为电池组进行快速充电;并采用模糊控制算法控制的buck-boost均衡电路智能调整单体电池之间的电压差,实现电压均衡.     

FSEC方程式赛车电池充放电特性研究

为了满足全国电动方程式赛车(FSEC)对电池的性能要求,模拟比赛时对耐久性能、弯道性能和加速性能的工况要求,对NCM三元锂离子电池在不同的充放电工况下的特性进行研究与评价.对比该电池在不同倍率下的放电特性,以及不同倍率放电时内阻的变化情况.结果表明:FSEC方程式赛车采用NCM三元锂离子电池,充电时内阻小温升可控,但在弯道性能和加速性能工况下放电时,必须要做好散热设计才能满足比赛的要求.     

纳米CoSb作为锂离子电池新型负极材料的研究

用溶剂热法合成了纳米尺寸的CoSb合金粉末，并研究了该合金粉末作为锂离子二次电池新型负极材料的电化学性能.合成的合金粉末经过了X射线衍射 (XRD)、透射电镜 (TEM) 和场发射扫描电镜 (FESEM) 的表征,研究发现，该合金粉末的首次可逆容量达到362 mA·h/g，经过了20个循环后，其可逆容量仍保持在320 mA·h/g. 与用悬浮熔炼/球磨工艺所得的微米尺寸的合金粉末相比，用溶剂热方法制得的纳米CoSb粉末的可逆容量和循环性能均显著提高.这是因为，纳米CoSb粉末颗粒尺寸较小，在充放电过程中绝对体积变化较小 (尤其在最初的几个循环中)，这显著地减缓了活性材料的粉化和剥落.     

锂离子电池SnS_2负极材料的研究

以SnCl4和硫代乙酰胺为原料,采用水热法制备了纳米SnS2,并对其结构和电化学性能进行了研究.研究表明:电流密度对SnS2电极的电化学性能有很大的影响.0.1 c放电,首次充电容量可以达到448.7 mAh/g,但20次循环后容量衰减很大;而O.5 C放电,首次充电容量虽然不高,但是30次循环后容量可以保持在一个较高的水平.     

LiAl0.05Mn1.95O4正极材料锂离子嵌脱动力学研究

采用超声辅助溶胶凝胶法成功制备了LiAl0.05Mn1.95O4正极材料,并利用循环伏安和电化学阻抗谱研究了不同合成方法对LiAl0.05Mn1.95O4正极材料锂离子嵌脱动力学的影响.结果表明:超声辅助溶胶凝胶法制备的尖晶石材料具有更好的可逆性和最小的电荷转移电阻;LiMn2O4(sol-gel)、LiAl0.05Mn1.95O4(sol-gel)和LiAl0.05Mn1.95O4(UASG)的交换电流密度分别为2.57×10-2、4.16×10-2、5.08×10-2mA.cm-2,固相锂离子扩散系数分别为3.27×10-10、4.94×10-10、6.91×10-10cm2.s-1,表明超声辅助溶胶凝胶法制备的样品具有较好的锂离子嵌脱动力学.     

锂离子电池温度特性数值模拟

锂离子电池的飞速发展为各行业提供了广阔的空间,但锂离子电池的温度变化较为敏感,要加强对锂离子电池的高效热管理系统.通过对锂离子电池数值模拟分析,研究其电池内部温度分布、反应热及空气强制对流冷却.基于在三维基础上应用Comsol软件进行了模拟,并对其结果进行分析比较,且对锂离子电池散热和合理利用具有重要意义.     

锂离子电池负极材料SnO2-Gn-C三元复合物的制备及其电化学性能

通过两步水热法合成了可用作锂离子电池负极材料的二氧化锡-石墨烯-炭（SnO2-Gn-C）三元复合物.采用X射线粉末衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和电化学测试研究了SnO2-Gn-C复合物的晶型结构、形貌和电化学性能,并考察了反应温度和Sn/Gn物质的量比对复合物电化学性能的影响.实验结果显示,SnO2-Gn-C复合物在200mA· g-1电流密度下初始放电比容量达到1 225mA·h·g-1,50次充放电循环后比容量仍有约229mA.h·g-1.SnO2-Gn-C良好的电化学性能主要归结于大比表面积的石墨烯对SnO2纳米粒子的良好分散作用、石墨烯和炭的高导电性以及炭包覆后的复合物充放电时体积效应的显著减小.     

废旧锂离子电池热处理过程中污染物的迁移转化

电动汽车产业的发展带来锂离子电池需求大增,将会产生大量的废旧锂离子电池,回收废旧锂离子电池可以节约大量资源。热处理是锂离子电池回收工艺中的重要环节,但锂离子电池中的电解液、有机黏结剂和金属成分极易在加热过程中挥发从而污染环境,所以分析热处理过程中产生的污染物具有重要意义。以废旧三元锂离子电池为原材料,分别在100、200、300、400、500、600℃和惰性气氛条件下加热,保温时间60 min,氮气流量500 mL/min,升温速率10℃/min。采用TG-MS、XRD、SEM、ICP-AES、GC-MS等表征和分析产物。结果表明,金属挥发率随着温度的升高而增加,但是总体挥发率不超过1%;电解液会发生分解和挥发行为,分解产物主要是CO₂、H₂O和小分子烷烃; LiPF₆分解产生氟化物, PVDF和隔膜的分解产生有机污染物;挥发的氟化物随着温度的升高而增加,产生的有机气体可以作为原料进行回收,且热解后的材料更有利于回收。     

Electrochemical Performance and EIS Analysis of Commercial Lithium-Ion Battery

Degradation behavior is the main technical problem in the field of commercial application of lithium-ion batteries.According to the characteristics of voltage,discharge capacity and inner resistance during the charge/discharge process of commercial lithium-ion batteries of mobile telephone,degradation analysis and related mechanisms are put forward and discussed in the paper.The impedance spectra of prismatic commercial lithium-ion batteries are measured at various state of charge after different charge/discharge cycles.The measured impedance spectra are discussed with a proposed equivalent circuit.Results indicated that the structure change of electrode materials or swell and shrink of crystal lattice,decompose of electrolyte,dissolution of active materials and solid electrolyte interphase film formation are the main reasons leading to the capacity degradation.     

电动汽车用锂离子电池热特性试验研究

为研究锂离子电池的热特性,以3 200 m A·h、3.67 V圆柱形三元材料锂电池为研究对象,进行了不同温度、不同充/放电倍率的热特性试验和低温加热试验.试验结果表明:随着充/放电电流的增大以及环境温度的降低,电池温度快速升高,低温下加热可以提高锂离子电池的充/放电性能.     

Effect of the synthesis method of SnSb anode materials on their electrochemical properties

SnSb alloy powders for the anode of Li-ion batteries were synthesized by two kinds of reduction precipitation methods: solution titration and rapid mixing. Two kinds of SnSb alloy powders showed different phase compositions and particle morpholo-gies although the same starting materials were used. The SnSb alloy electrode synthesized by titration exhibits high reversible spe-cific capacity and good cycling stability, whereas the rapid-mixing sample shows high irreversible capacity and fast capacity fade. The broad particle size distribution of SnSb powders synthesized by titration is considered to be responsible for the improvement of cycling stability. The initial charge-discharge efficiency exceeding 80/ has been obtained for the titration sample. The electro-chemical reaction process of two kinds of synthesized SnSb composite electrodes was characterized by cyclic voltammetry and AC impedance techniques.     

碳微米螺旋纤维的电化学特性研究

用碳螺旋纤维作锂离子电池的电极,选择金属锂片作为对电极和参比电极,系统地测量其极化过程中的充放电曲线、循环性能以及电化学阻抗谱.结果表明：首次放电比容量为304.06mAh/g,首次充电比容量为184.87mAh/g,不可逆比容量为119.19mAh/g;循环实验显示,该材料第150周放电比容量达到170mAh/g,为第2周的80%,循环性能良好,这与碳螺旋纤维的大比表和中空结构密切相关;首次放电阻抗谱显示,当电极电位位于1.2～0.6V时,电解液与螺旋纤维间的固体电解质相界面膜（简称SEI膜）开始生长,所形成的SEI膜性质稳定,这也为维护循环稳定性提供有力保障.     

基于18650型磷酸铁锂动力电芯的产热和电化学行为分析

测试某知名进口和国产的A款和B款18650磷酸铁锂动力电芯在室温（25℃）、低温（–20℃）和高温（55℃）下不同放电倍率的温度性能、产热行为和电化学性能,分析两款电芯放电容量、放电电压平台、交流阻抗、电芯过充循环后直流内阻随着荷电状态的变化规律.结果表明环境温度和放电电流越高,电芯最高温度和温升斜率急剧增加;室温10 C放电时,B款最高温度比A款增加13.2%; B款电芯低温工况大电流放电时,电芯仅放出2.65%的电量,几乎失去正常放电电压平台;电芯的直流内阻随着荷电量的增加呈下降的趋势,过充导致电芯的直流内阻最大增加24.19%.     

锂离子电池纳米电极材料导电机理研究

纳米材料作为锂离子电池电极,由于其特有的优越性而得到广泛关注。但在电池充放电过程中电极材料会由于锂离子的反复嵌入脱出而受到破坏,从而造成电极电导率下降,电池性能降低。对充放电过程中电导率下降的原因进行了探讨,提出了用导电物质掺杂和导电物质包覆两种方法分别改进纳米材料的离子电导率和电子电导率,并对电导率提高得到的性能优化进行了论述。     

掺杂元素Co、Cr、La对尖晶石型锰酸锂电化学性能的影响

采用高温固相法合成了掺杂Co、Cr、La元素的尖晶石型锰酸锂Li1.02Co0.02M1xM2yMn1.98-x-yO4电池材料;X射线衍射(XRD)表征所合成的产物呈现出良好的尖晶石型结构材料;扫描电子显微镜(SEM)显示合成材料均具有良好的粒径分布(2~3μm)及外貌。以该活性物质作为锂离子电池正极材料,经充放电测试研究表明:掺杂的尖晶石型锰酸锂正极材料Li1.02Co0.02M1xM2yMn1.98-x-yO4能够更好地抑制尖晶石型锰酸锂材料的可逆容量在充放电过程中的衰减,循环性能有了很大改善,表现出更好的电化学可逆特性,100次循环后放电容量仍能保持初始容量的95%以上。作为锂离子电池正极材料LiCoO2的替代材料,该研究为锰酸锂尖晶石型正极材料的改性提供了一种新方法。