不同正极材料的锂离子电池容量特性分析

容量作为表征锂离子电池剩余寿命的重要参数,是目前国内外学者研究的重要内容之一。为了更全面地分析锂离子电池容量特性,选取了两种不同正极材料的锂离子电池作为研究对象并进行容量特性的相关实验,探究了正极材料、放电倍率、电池温升、环境温度和循环次数等五个参数对电池放电容量的影响,进一步分析了引起锂离子电池容量衰减的内部机理。实验结果表明,相比于磷酸铁锂电池,镍钴锰三元锂离子电池对温度和放电倍率更敏感。     

锂二次电池的高温循环性能及其容量损失

研究了锂离子电池在常温和高温60℃时电池的循环性能和容量衰减原因.采用恒流-恒压(CC-CV)充放电制度对锂离子电池在不同温度下进行了300次的充放电循环测试,运用扫描电子显微镜法(SEM)和X射线衍射光谱法(XRD)测试手段对不同温度下循环300次后的锂离子电池电极材料的形貌和结构进行了表征,并运用充放电测试和交流阻抗技术对电池电化学性能进行了研究.结果表明,升高温度后锂离子电池表现出较高的初始容量,但电池的循环稳定性降低,容量衰减速率加快.充电过程中电极极化加剧是导致高温下电池容量迅速衰减的主要原因,而在高温条件下电荷传输电阻增加和由于大量气体的产生使电极发生形变,使放电容量进一步衰减.     

LiFePO_4动力电池容量衰减规律研究

针对LiFePO_4动力电池,设计了循环测试工步,在不同环境温度(20、40℃)下,利用不同充放电倍率(0.5 C、1 C),不同的充放电深度,对两个厂家不同型号的电池进行循环测试,以探求LiFePO_4动力电池在不同工作条件下的容量衰减规律。实验结果表明,在电池充分化成的前提下,工作环境温度是决定电池容量衰减速度的主要因素。     

锂离子电池容量衰减研究进展

锂离子电池容量的衰减限制了其使用寿命,是阻碍锂离子电池在EV领域发展的重要因素之一.为了改善锂离子电池容量特性,提升电池寿命,加深对容量衰减机理的认识,概述了影响锂离子电池容量衰减的影响因素,并分析了锂离子电池容量衰减的各种机理.     

锂离子电池放电过程能量损失分析

对锂离子电池循环寿命实验数据包括不同倍率下电池的电压、电流和温度等进行分析,计算了能量损失率和不可逆热量等随着电池循环次数的变化。分析结果显示:在0.5 C和1 C倍率循环条件下放电,电池的过电压在放电深度为0～10%阶段缓慢上升,10%～60%阶段缓慢下降,60%～100%阶段快速上升。在3 C倍率循环条件下放电,过电压在放电深度为0～10%阶段缓慢上升,10%～60%阶段快速下降,60%～100%阶段缓慢上升。在0.5 C、1 C和3 C倍率循环条件下,能量损失率在放电过程中随着充放电循环次数增加呈现先缓慢下降,然后持续上升的变化,并且在电池容量衰减到额定容量80%～60%的阶段,快速上升。在所有3个放电倍率循环条件下,不可逆热占能量损失比例随循环次数逐渐增加,可作为电池健康状态的一个评测指标。     

基于容量衰减速率的三元锂电池健康状态预测

为实现锂电池健康状态预测,延长电池的使用寿命,提高电池安全使用性能,针对电动车在实际工况下放电电流不断变化以及进行完全充放电循环次数较少的问题,提出一种基于容量衰减速率的电池健康状态预测模型。以额定容量为5 Ah的三元正极材料动力锂电池为研究对象,分别在环境温度为0、10、20、30、40℃的条件下进行放电实验。通过拟合电池容量随循环次数的变化曲线,得出电池容量随循环次数的衰减速率。讨论温度、放电倍率对衰减速率的影响,确定衰减速率随温度、放电倍率的变化规律,建立电池健康状态预测模型,并进行验证。验证结果表明本文模型的预测值与实际数据的平均相对误差为0.56%,能准确地对电池健康状态进行预测。     

放电制式对锂离子电池循环寿命的影响

通过对LiFePO4锂离子电池循环寿命实验,发现电池在不同充放电制度下的循环寿命差异很大.研究发现,单体电池充电终止电压应该在3.65 V左右,超过4.0 V会造成电池循环寿命的严重衰减.单体电池放电截止电压应该尽可能高,应大于2.5 V;充电倍率越高,电池循环寿命越低.在电池组的实际使用中,应该综合考虑这些因素,并采...     

锂离子电池的老化特性分析

锂离子电池存储寿命是性能评价的重要指标之一。以18650型锂离子电池为研究对象,开展加速老化试验,分析日历老化和循环老化两种方式对电池容量衰减、内阻增加的影响,分析环境温度、存储电压与荷电状态对电池老化效果影响,基于加速试验数据,建立电池寿命预测模型,经分析计算认为:日历老化是引起电池老化加速的主导因素,存储过程中日历老化程度与存储时间的0.5次方近似成线性关系。     

锂离子动力电池脉冲功率特性的研究

对自行研制的17Ah高功率型锂离子动力电池室温下的脉冲功率特性进行了研究。采用控制电流和控制功率脉冲充放电的方法研究电池在50%SOC下的脉冲充放电特性,然后以控制电流脉冲充放电模式循环,研究电池容量和功率的衰减规律。结果显示,电池在控制电流脉冲充放电模式下的功率变化范围为-500～338W,能量效率为96.2%;在控制功率脉冲充放电模式下的电流变化范围为-51.7～39.4A,容量效率为93.7%。电池以控制电流脉冲充放电模式循环1.7万次(2833h)后容量衰减了7.9%,放电功率衰减了13.1%。发现循环过程中容量和功率的衰减都呈现出先快后慢的衰减规律,功率的衰减主要发生在前1000次循环。     

计及电池老化的电动汽车储能频率响应控制

电动汽车入网后,不仅可以作为可控负荷充电,还可以作为分布式储能单元为电网提供辅助调频服务。在满足电动汽车用户充电需求的基础上,充分考虑储能电池循环充放电老化容量的衰减和可接受功率能力的降低,提出了一种计及电池老化衰减的电动汽车储能频率响应控制策略。该控制策略量化分析了电动汽车锂电池老化过程中容量衰减和功率能力变化,精确估计电池储能状态SOC,实时更新电池可接受最大充放电功率,有效避免了辅助调频过程中荷电状态超限和充放电倍率过大对电池造成的不利影响。通过算例分析验证了所提电动汽车储能频率响应控制策略为电网提供辅助调频服务时,在满足用户充电需求的前提下,有效地减缓了电动汽车动力电池寿命的衰减。     

计及老化路径的锂离子电池加速寿命工况自动生成方法

为了验证锂离子电池在长期使用中的性能,需要对锂离子电池进行寿命测试。现阶段锂离子电池寿命一般长达数千循环,进行常规寿命测试十分耗时,需要开发加速寿命的实验方法。由于锂离子电池寿命衰减具有对使用路径的依赖性,因此设计该加速寿命实验方法的约束是：既要保证加速前后总容量衰减的等价性,还要保证内部衰减机理即老化路径的不变性。该文提出一套基于模型的可保证上述约束的加速寿命工况自动生成方法。方法设计了综合考虑加速因子（加速时间倍率）和老化路径相对误差两个指标的目标函数,并采用双闭环构架求取符合该目标函数的加速工况最优解。双闭环的外环为加速因子优化算法,旨在寻找最优的加速时间倍率;内环为加速工况搜索算法,旨在搜索对应于加速因子和上述约束的最优加速工况。针对中国轻型汽车行驶工况中的乘用车行驶工况,该文方法基于作者研发的考虑锂离子电池主导衰减机理的半经验分数阶模型进行仿真,仿真结果证明了方法的有效性。     

锂离子动力电池性能研究

介绍了额定容量为10Ah的锂离子动力电池的制备方法,评价了电池的充放电性能、过充电性能及电池一致性等。实验表明,电池的能量密度超过165Wh/kg;0.5C倍率充放电循环500次后电池容量仍为初始容量的90%;-10℃及-20℃时电池放电容量分别为初始容量的75%及70%;电池的过充电性能需进一步改进,过充电压只能达到5.0V;0.1C、0.2C、0.5C和0.8C倍率放电,工作电压平台均超过3.6V,电压差小于0.08V;电池表现出良好的一致性,达到锂离子动力电池的性能指标。     

锂离子电池在高脉冲工况下老化机理的分析与研究

随着性能的不断提高，锂离子电池也开始应用到高能器件上，通常要求电池频繁做大电流脉冲放电。然而当前学术界对电池老化的研究只关注循环充、放电工况或其他车用工况，对高脉冲工况缺少研究。本文旨在研究高脉冲工况下锂离子电池老化特性及规律。在循环工况实验过程中，通过电性能测试，即容量测试、混合脉冲功率特性测试和容量增量测试，分析锂离子电池的老化特征。结果表明，相对于1 C循环老化工况，高倍率脉冲放电工况下的电池容量衰减更快，至480周循环容量衰退率就达到21.8%。内阻增加同样表现得迅速，480周循环极化内阻与欧姆内阻增长率分别达到85.0%与141.3%,是1 C循环工况电池的数十倍。同样IC/DV曲线变化也更加明显。     

锂离子电池老化机理及综合利用综述

准确的老化机理诊断与健康状态(SOH)评估可提示用户及时更换故障电池,保障电池系统的安全运行。分析总结过充与温度影响下锂离子电池容量衰减的老化机理,依据剩余容量,将退役锂离子电池应用于电网储能、应急电源等。对比不同方法下的老化诊断、SOH评估现状,展望未来建立退役锂离子电池快速诊断老化以及可用于实时监测退役锂离子电池二次利用过程中SOH变化的模型和系统。     

基于衰减模式的锂离子电池状态诊断

对MCMB/LiCoO_2锂离子电池的衰减模式进行研究,结果表明:正极荷电状态(SOC)移动,正极材料结构衰退,正极、负极极化和电解液动力学衰退是造成全电池容量衰减的共同原因,其中正极SOC移动是主要因素。基于上述电池衰减模式建立状态诊断模型,模拟电池的充放电曲线,模拟结果与实验结果吻合程度较高。基于电池衰减模式的诊断方法,可分析电池在循环老化过程中的状态变化。     

商品化锂离子电池的电化学特性

从电池的活化、内部阻抗、充放电特性、循环寿命、自放电等几方面研究了商品化锂离子电池的主要电化学特性及其制造工艺的关系。电池活化降低电池的内阻;导电剂及其粒径大小影响电池内阻与循环性能;负极材料中间相炭微球提高了正极活性物质的容量发挥,石墨改善了电池循环性能;1mol/LLiPF6/EC+DMC+EMC(2∶2∶1,体积比)电解液体系的锂离子电池显示了良好的循环性能。电池体积愈大,容量愈高,1C倍率循环时电池的容量衰减愈快。     

镍钴锰酸锂(NCM)三元锂电池的容量衰减加速测试

以镍钴锰酸锂三元锂电池为例,通过容量衰减数据推导其循环寿命衰减内在的联系,使用二项式拟合,构建Arrenius数学模型,探讨不同温度下的多项式系数之间的内在联系,获得不同温度下电池容量衰减规律,从而建立和完善一种电池容量衰减的加速测试与评估方法。利用高温下容量衰减加速的寿命数据推导出动力电池常温下实际的容量循环寿命,可以有效地解决电池循环寿命测试周期长和成本高昂的问题。     

锂离子电池阶梯充电制式与循环衰减机制

针对锂离子电池快充需求与循环寿命保持的矛盾,以三元/石墨体系锂离子电池为研究对象,依据其倍率充电特性和正极、负极材料相变特征,提出了一种阶梯充电制式。采用该制式,电芯可以完成30 min充电80%荷电状态(SOC)的快充目标,且经过800次阶梯充电循环后,电芯放电容量保持率≥91.99%。通过对比阶梯充电制式下,不同循环次数放电容量衰减,dV/dQ曲线的变化情况,确定电芯阶梯充电循环容量衰减原因主要为活性锂离子损失。     

石墨/LiCoO_2锂离子电池研制

本文报导了以石墨为负极、LiCoO_2为正极的可充电锂离子电池研制结果,通过采用合适的电解液体系及正负极匹配,研制出的AA型锂离子电池容量达到500mAh,可实现1倍率(即1C,500mA)快速充放电,平均工作电压达到3.6V,充放电循环寿命已达到300次。电池大电流及高低温放电性能良好。短路试验显示出锂离子电池具有良好的安全性。     

锂离子电池循环寿命影响因素分析

循环寿命是衡量锂离子电池质量优劣的重要指标,影响锂离子电池循环寿命的因素是多方面的。结合国内外文献综述了影响锂离子电池循环寿命的因素,分别从设计和制造工艺、材料的老化衰退、使用环境和充放电制度等方面进行了探讨。