锂离子电池电化学仿真技术综述

锂离子电池是一个多尺度、多物理场的系统.在进行锂离子电池正向开发过程中需要考虑诸多电芯设计和工艺设计因素.在材料层面,有正负极的活性物质、导电剂、黏结剂、电解液的物理化学性能;在极片层面,有极片的孔隙率、涂层厚度、极片尺寸等因素;在电芯层面,有极片的叠片或者卷绕的方式、集群的排布方式等因素.因此需要花费大量的时间进行反...     

磁场效应对锂离子电池性能的影响

随着电动汽车行业的迅速发展,锂离子电池的性能对电动汽车的续航里程至关重要.磁场是由运动电荷或电场的变化产生的,当外部磁场作用于物质时,物质内部被磁化,会产生许多微小的磁偶极子.为了深入分析磁场对锂离子电池性能的影响,提出了一种在磁场效应下对锂离子电池进行性能测试的实验方法,在此基础上,搭建了由锂离子电池、电池充放电测试...     

电化学储能系统电池柜散热的影响因素分析

电化学储能系统是“双碳”目标实现的有利抓手,安全是电化学储能系统发展的生命线。由于大量电池存放于储能电池柜,因此对其散热性能的研究具有重要的意义。针对磷酸铁锂锂离子电池系统机柜：构建了电池系统数值模型,获得了电池柜内的温度场和气流组织,试验结果验证了模型的合理性;研究了进口风速、单体电池间距以及电池组间距对电池柜散热性能的影响规律,支撑储能机柜的设计和运维管理;结果表明,电池柜在低倍率运行情况下可采用自然对流冷却,高倍率运行情况下需要强制风冷策略;机柜最高温度和最大温差都随着单体间距增加呈现先减小后增大的趋势;电池组间距对电池柜散热性能影响不显著,因此可通过减小电池组间距来节省安装空间。     

锂离子电池储能系统消防技术的中国专利分析

以锂离子电池为代表的电化学储能技术当前进入了快速发展期,在我国能源消费结构调整和可再生能源比例提升方面具有重要意义。储能消防技术是锂离子电池储能系统规模化应用的安全保障。为了解储能消防技术的研发现状,本工作以国家知识产权局公布的专利检索与分析系统数据中的储能消防领域专利数据为分析对象,以灭火剂(A62D)、储能用消防装置(A62C)以及储能消防策略和逻辑方法(G06K)为主要内容,探讨了储能消防技术在国内的发展,并从专利年限分布、专利技术分布、专利地域分析及主要申请人4方面进行总结分析。结果表明,储能消防技术及其应用总体呈快速增长态势,其中消防装置研发专利申请占比多,专用灭火剂研发处于高质量发展期,消防机制设计仍处于缓慢增长期。北方地区申请单位以高校和事业单位居多,而南方地区申请单位以商业公司居多,这与电化学储能商业化应用水平是分不开的,总体上储能系统消防技术仍需要主要研发单位的引领探索。可以预见储能系统消防技术专利量仍然会保持发展态势,相关政策及市场结合将持续激发技术研发活力。     

锂离子电池建模现状综述

简述了我国用于大规模储能的锂离子电池建模技术的最新研究进展.由于储能技术可以起到平抑波动、提高电能质量的作用,所以近年来电网对于储能的需求也逐年增大.大规模储能系统由锂电池组、双向逆变器和电池能量管理系统组成,在双向逆变器和电池能量管理系统有现成可用模型的前提下,建立精确、可靠的锂离子电池模型便成了实现大规模储能工程应...     

锂离子电池储能系统多时间尺度均衡方法

锂离子电池可作为后备电源为电力系统的一次设备、二次设备及通信管理等提供不同等级的交直流电,保证核心设备紧急时刻仍然能够正常工作。先串后并的并联型储能系统不仅因并联模组的互为备用具有更高的可靠性,也能够避免传统串联型后备电源的木桶效应问题。然而,并联型方案会因模组之间的不一致,使得各模组寿命呈现差异性;串联电池组组内电压分布差异,也会导致电池单体过充或者过放。为此提出了一种针对并联型锂离子电池储能系统的多时间尺度均衡方法。首先,对电池模组组内单体以荷电状态(state of charge,SOC)为指标进行旁路均衡,使电池组在单次充放电循环的短时间尺度达到组内均衡;然后,通过并联电池模组组间的寿命均衡,使系统在寿命衰减的长时间尺度达到平衡。所提均衡方法能够提高并联型储能系统使用过程中模组间的一致性,增强并联模组互为备用的可靠性,降低运维成本,提高锂离子电池的使用效率。为了验证该均衡方法,在电池加速老化实验的基础上,搭建仿真模型验证了所提方法在不同条件下的有效性。     

储能用锂离子电池安全性测试与评估方法比较

作为支撑智能电网和能源转型发展的关键技术,储能受到了全球的广泛关注.锂离子电池因能量密度高、寿命长和无污染等性能,成为大规模储能的首选储存载体之一,锂离子电池储能规模也在迅速增长.但是近年来,锂离子电池热失控火灾事故频发,成为制约其大规模应用的关键因素.针对这一问题,本文归纳对比了国内外常用的储能用锂离子电池安全测试标...     

锂离子电池储能系统安全技术发展现状

我国正大力推动建设以新能源为主体的新型电力系统,作为支撑可再生能源普及的关键技术,储能产业得以高速发展,锂离子电池储能市场也进入加速发展期。然而,在高速发展的同时,近年来国内外发生的多起储能系统火灾事故,也引发了大众对锂电池储能系统安全的关注。锂离子电池储能系统运行的主要风险分为起火爆炸风险、有毒有害化学物泄漏风险和电击风险,其中起火爆炸是锂离子电池储能系统的主要风险,主要致因则是电池的热失控。防范电池的热失控问题,应从电池安全、储能系统、运行维护和事故后消防等几方面提升安全防控技术。从生命周期看,锂离子储能系统的关键安全技术包括电池单体安全、箱体热管理、主动预警监测、被动监控预警、高效消防手段等。鉴于锂离子电化学储能系统的安全运行和安全隐患正逐渐成为制约产业规模化发展的瓶颈,建议有关部门要完善政策体系,提高产业规划科学性,进一步健全新型储能安全生产法律法规;加快标准体系构建,建立储能系统建设及运维的指引标准,指导储能系统安全体系建立;强化消防安全技术攻关,加快关键部件转化应用。     

锂离子电池电极结构参数对单体能量与功率的影响

以模型化仿真技术为基础的电池正向设计方法可替代大量制样、实验选优的试错方法,从而显著缩短产品研发周期、降低物料与能源的成本消耗、提高产品创新能力.本文基于热-电化学耦合的三维跨尺度模型,在单体尺寸与容量不变的约束条件下探究了电极结构参数如电极涂层厚度、孔隙率等对单体主要性能参数如功率、能量、单位质量与体积比功率、单位质...     

锂离子电池储能安全监测技术发展

针对储能锂离子电池存在的安全问题,综述了电池热失控预防和安全监测方面的理论、实验成果和应用情况,指出储能锂离子电池在安全方面存在监测手段片面单一、监测方案不完整等问题,并指出预测储能行业将向“大数据”“智能化”方向发展,同时建议广大科研工作者应从储能系统的工作机理切入,向安全、经济、高效的方向深入研究。     

正弦脉动电流充放电下的锂离子电池发热特性

在级联H桥储能系统和模块化多电平储能系统中,电池的实际充放电电流为正弦交流和恒定直流的叠加,形成正弦脉动电流.本研究利用一维电化学模型,通过正弦脉动电流和恒定直流充放电下的电池发热特性的对比,对正弦脉动充放电电流下的LiFePO4电池的发热特性进行研究.研究结果表明正弦脉动电流下的电池瞬态热功率和瞬态内阻均随电流发生周期性波动;当正弦交流成分的波动幅值为直流成分的25％时,相对于纯直流充放电,放电和充电过程仅分别造成5％和2.8％的额外发热,但当正弦交流成分的波动幅值进一步增大,电池发热则会急剧增加;从SOC中间值到两端,电池压降和电流的相位差逐渐增大,即电池容性作用呈增大趋势;随着电流脉动频率增大,电池发热呈减小趋势.     

储能用锂离子电池管理系统研究

锂离子电池因其性能优异在高电压大容量的储能系统得到了广泛的应用。锂离子电池管理系统是延长电池循环寿命,维护电池安全运行的关键。针对储能用锂离子电池的特性,该文讨论了储能用锂离子电池管理系统的结构,重点介绍了电池管理系统的主要功能,特别是单体电池数据采集功能、电池状态估计功能和均衡管理功能,并分析了状态估计和均衡管理方法的优缺点,对其实现策略进行了评价。     

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。     

锂离子电池参比电极研究进展

参比电极测试方法在锂离子电池研究中有着广泛的应用.本文总结了几种常规类型的参比电极的制作方法,包括T型Swagelok接头装配法、参比电极植入法、原位沉积法.还介绍了锂参比电极在锂离子电池研究中的应用:电极电位的监控,正、负极电化学阻抗谱的单独分析,极片和电解液之间界面反应的分析,电池快充边界的确定,电池失效分析等.最...     

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.     

锂离子电池智能消防及其研究方法

锂离子电池是储能领域最具应用前景和市场价值的一类电化学器件,电池安全备受关注。研究电池热失控及智能消防对于提高储能系统安全性具有重要意义。本文对目前锂离子电池安全及智能消防方面的研究进行了梳理,现阶段的电池安全研究主要集中在本征安全、检测安全以及消防安全三个层面,但受限于该领域的研究起步较晚,依旧存在较多问题。我们结合锂离子电池安全研究现状,分析了电池热失控的过程及前后特点,指出了目前电池消防系统中存在的问题,并由此提出了电池智能消防系统的基本框架及其研究方法。通过将实际条件与实验条件结合分析,针对实验硬件和检测指标开展了讨论;重点聚焦研究平台中的电池燃烧载体的搭建与设计思路,并对热失控触发方式和喷淋系统的设计进行了总结与分析;同时提出了现有消防检测系统在锂电领域应用的局限性,详细介绍了锂离子电池智能消防中包括温度、电压、早期产气等重要预警指标的作用和其在研究中常用的采集及分析方式。     

基于三维电化学热耦合析锂模型的锂离子电池参数设计

锂离子电池负极析锂可能会诱发热失控,进而导致安全事故。而通过优化电池设计参数能够有效减少析锂副反应的发生,因此本工作提出一种基于三维电化学热耦合析锂模型的锂离子电池参数设计优化方法。首先,将模型参数进行分类,分别采用实验、精确测量、文献查找和参数辨识等方法获取相应的参数。同时加入可逆锂重嵌入机制和产热模型,建立三维电化学热耦合析锂模型。模型建立完成后,对模型精度进行验证,验证结果表明模型可以较好地模拟电池在常温和低温下端电压的变化,并且能够定量描述在低温大倍率充电期间电池内部的析锂程度、温度分布等非均一现象。最后,通过分析电极尺寸和极耳位置,研究电池设计参数对非均一析锂的影响。仿真结果表明：电极长度增加会导致电极区域温度差异和电流密度的不一致性增大,综合影响下使电池析锂时间略有提前,但对电池总体析锂程度影响较小;电池极耳位置处于长度方向的轴线对侧时能够有效缓解负极析锂,相对析锂程度降低了16.7%。     

高性能锂离子电池电极材料研究

锂离子电池具有电压高、比能量高、自放电率低、循环性能好等优点,正成为化学电源研究领域的热点。综述锂离子电池的原理和结构,分析高性能锂离子电池正极材料和负极材料的研究特点,并对锂离子电池的研究方向进行了展望。