LiMn_2O_4石墨烯包覆及掺杂Mg~(2+)的研究

使用Mg2+掺杂LiMn2O4获得黑色正极材料,并用石墨烯进行表面包覆处理,获得掺杂、包覆锂离子电池正极材料,用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、倍率充放电对材料进行表征。实验结果表明:掺杂Mg2+材料为尖晶石结构,结晶度增加;表面为球形结构,增强电池安全性;包覆材料的电池大电流充放电性能增加,可逆比容量增加;在倍率充放电电流为0.2C时,包覆质量分数为2%的石墨烯(GO)放电比容量为107mAh/g。包覆材料改善了电池的循环性能,在倍率充放电电流为0.2C时,54次循环后,其可逆比容量为92mAh/g,容量保持率为92.12%。     

并联蓄电池模块单体电流测量系统设计

现存电池管理系统基于串联电池组层面进行设计,无法实现并联电池组中单体的电压和电流测量。通过设计并联蓄电池单体电流测量系统,实现了对并联单体电流的检测,使得单体层面的电池管理成为可能。同时设计和实现了基于电流检测的开路故障诊断算法,对电池管理系统做出完善和补充。     

并联电池组充放电均衡器及均衡策略研究

成组的单体电池需要进行能量均衡,以消除单体电池能量不一致给电池组性能造成的不利影响.使用并联电池组充放电均衡器,当任一单体电池达到所设定的充电截止电压时,均衡器可将该单体电池隔离出充电电路;放电过程中通过Cuk斩波电路给能量最低的单体电池补充能量,减小该单体电池的放电速率,从而实现充放电过程能量均衡.通过对4个单体电池组成的电池组进行仿真和均衡实验,结果表明该均衡器能够实现快速均衡,并有效地降低电池不一致程度.     

Na_2MnFe(CN)_6@Na_2NiFe(CN)_6的合成及其在钠离子电池中的应用

通过两步共沉淀法制备了Na_2MnFe(CN)_6@Na_2NiFe(CN)_6钠离子电池正极材料。通过首次充放电测试,Na_2MnFe(CN)_6、Na_2NiFe(CN)_6钠离子半电池首次放电比容量分别可达到144.9和52.5 mAh/g,Na_2MnFe(CN)_6钠离子半电池充放电循环200次后容量保持率仅可达到87.09%。然而,Na_2MnFe(CN)_6@Na_2NiFe(CN)_6首次放电比容量虽然略低于Na_2MnFe(CN)_6,只有137.1 mAh/g,但是其循环稳定性明显强于单体Na_2MnFe(CN)_6,循环200次后,其放电比容量衰减很缓慢,仍能达到129.4 mAh/g,容量保持率高达94.41%。     

大容量锂离子电池的并联性能评估与等价性分析

为研究大容量锂离子电池在并联方式制约下的性能估计和评价方法,首先,基于不同循环条件和不同电池参数差异条件的并联电池实验,分析了支路电流不平衡的起因和结果;选取简化的并联等效电路模型,详细分析了不同充电阶段的支路荷电状态(state of charge,SOC)累积特性,提出了并联电池电流不平衡的等效计算方法;建立了以并联电池交叉点前的平均电流、放电末端的电流极值和整体容量利用率等参数为基础的电池组综合性能评价指标;阐述了并联电池组和单体电池的等价范围,对延长并联电池使用寿命和成组筛选等应用提供了参考。     

基于MMC的锂电池管理器研究

研究了一种基于MMC(modular multilevel converter)的锂电池管理器,该管理器能将充放电控制和电池均衡管理统一在同一变换器内部完成,解决了传统电池管理器将充放电控制器和电压均衡电路相互独立而使电路较为复杂的问题。首先分析了变换器的工作原理,以12 V电池包为例设定了功能需求,并依此设计了控制策略与能量管理策略,相应地得到了控制框图与控制器的程序流程图;然后设计了实验样机,进行了关键参数的设计;最后,对设计结果进行了仿真分析和实验验证。仿真结果表明该管量器能够实现双向电流控制、输出稳压控制和单体电池均衡,验证了上述分析和设计的正确性。实验验证了双向充放电电流控制与稳压环控制的可行性,而单体电池的长期电压均衡仍有待进一步实验验证。     

锂离子电池一致性筛选新方法——串联充放电筛选

当多个单体锂离子电池通过串/并联组成电池模组时,单体电池之间微小的性能差异会造成模组性能的快速衰减。简易高效的电池一致性筛选方法,是目前锂离子电池模组研究中亟待解决的关键技术。基于本课题组前期提出的串联充放电进行一致性筛选的新思路,探索了串联充放电一致性筛选的具体方法。研究表明,放电终止电压对电池间的差异最为敏感,适合做为一致性筛选指标;同以标准差为依据筛选出的电池相比,只选取筛选指标数据居于中间区域的电池具有更高的一致性,且该筛选方法的数据处理极为简单、快速。为模组研究提供了一种简单有效的单体电池一致性筛选新方法。     

基于Buck-Boost电路的能量转移型均衡方案

提出了一种基于Buck-Boost电路的新型均衡电路,实现了锂离子串联电池组充放电均衡。根据均衡能量流向,采取两种不同的均衡策略:电池组放电时,均衡能量由电池组向组内荷电状态(state of charge,SOC)较低的单体电池转移;电池组充电时,均衡能量由电池组中SOC较高的单体电池向电池组转移。以单体电池开路电压在线估计为基础,运用开路电压法估算SOC,选取SOC值在一定阈值范围之外的单体电池作为均衡对象,对6节串联的磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验。实验结果表明,该方案可以有效减小单体电池间的不一致性,提升电池组的整体性,同时提高了电池组充放电容量。     

阻燃剂TCPP与锂离子电池负极材料的相容性

为了提高阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)与锂离子电池负极材料中间相碳微球(MCMB)的相容性,在不同TCPP浓度电解液中研究了MCMB的循环伏安和充放电行为.结果表明:当电解液中TCPP的浓度为20%(体积比)时,MCMB/Li电池的首次充电比容量由空白电池的350 mAh/g增加到420 mAh/g,且1 V处平台的容量增加.当TCPP的浓度增加到30%时,MCMB已经不能进行充放电循环.当把MCMB在空白电解液中预循环后,在30%TCPP电解液中可以进行充放电,相应的MCMB/Li电池的充放电实验也得到了相似的结果.热解炭黑与阻燃剂TCPP有较好的相容性.     

一种适用于低压大电流的双向DC/DC变换器

在电动车应用中,电池的性能和寿命是关键问题,需要一个双向DC/DC变换器对单体大容量蓄电池或并联电池组进行升压和充放电管理。介绍了一种适用于低压大电流的双向DC/DC变换器。它采用磁耦合技术构成电感,减小了磁元件的个数和电感的磁损,同时有很好的稳态和瞬态响应。为了提高变换器的变换比率,采用了半桥结构实现了倍压功能。实验证明,该变换器适用于低压大电流场合。     

锰酸锂充放电过程中的化学变化

为了考察LiMn2O4锂离子蓄电池正极材料在充放电过程中的化学变化,采用高温固相法制备了尖晶石型LiMn2O4,并对其电化学性能进行了表征,利用X射线衍射分析的结果,结合Li-Mn-O相图,对LiMn2O4在多次循环充放电所发生的相变进行了研究。实验结果表明,其首次放电比容量为123 mAh/g,循环200次后的放电比容量为107 mAh/g;LiMn2O4发生歧化反应,以及在LiMn2O4微粒表面形成的Li2Mn2O4进一步转化成无电化学活性的Li2MnO3,这两种相变都会导致电池的不可逆容量损失。     

掺杂Th对LiMn2O4结构和性能的影响

采用溶胶凝胶法合成了具有尖晶石结构的可用作锂离子蓄电池正极材料的LiMn2O4化合物,并对其进行了掺杂Th元素的修饰.对材料进行了X射线衍射、扫描电镜、红外光谱、交流阻抗、充放电等测试.实验结果表明掺入Th元素所合成的材料具有标准的尖晶石结构,规则的结晶形貌,材料颗粒分布主要在1～2 μm之间;在不同的充放电速率下,所合成的Th掺杂改性材料具有较高的放电比容量,并表现出良好的电化学可逆性及较好的大电流放电性能.在0.2 C及1 C放电速率下,首次放电比容量分别是119.9 mAh/g和118.3 mAh/g,循环20次后,容量保持率分别在98%和97%以上.     

载体转移工艺制备TiO2包覆的LiMn2O4

采用载体转移工艺制备TiO2包覆的LiMn2O4.通过XRD、SEM和电化学性能测试,研究载体转移工艺对产物的影响.TiO2与载体C的质量比为3:7、在500℃下焙烧6 h所制备的包覆材料电化学性能较好,以50 mA/g的电流在3.5～4.3 V充放电,首次放电比容量为111.5 mAh/g,高于纯LiMn2O4的10...     

26650型Li4Ti5O12锂离子电池的研制

采用LiMn2O4为正极材料,Li4Ti5O12为负极材料制成了26650/2500mAh的锂离子电池,该电池10C放电容量能够达到1.0C放电容量的97.30%,电池在-20℃的条件下以0.5C放电,能够放出25℃条件下容量的98.72%,在55℃的条件下以0.5C放电,能够放出25℃条件下容量的97.83%,1.0C循环测试200次后,容量剩余率为96.10%;电池以3.0C倍率过充到20.0V,没有爆炸和起火,经过针刺短路之后,没有爆炸和起火,电池表面最高温度不超过90℃。     

AA 型 TAG-LiMn_2O_4 锂离子蓄电池

用Ｌｉ２ＣＯ３和ＥＭＤ高温合成得到的尖晶石（ＬｉＭｎ２Ｏ４）作阴极活性材料,与Ｌｉ配对做成试验电池,充电容量达１３０ｍＡｈ／ｇ,放电容量为１１０ｍＡｈ／ｇ,显示ＬｉＭｎ２Ｏ４有较好的充放电性能。对热解苯碳（ＰｙＣ）、处理的人造石墨（ＴＡＧ）、天然石墨（ＮＧ）和玻璃碳（ＧＣ）进行研究,发现ＴＡＧ有较好的充放电性能。用ＬｉＭｎ２Ｏ４做阴极活性材料,ＴＡＧ做阳极活性材料,组装成ＡＡ型锂离子蓄电池,初始放电容量为５４０ｍＡｈ,以０．２Ｃ（１００ｍＡ）恒流放电,６０ｍＡ恒流充电,电池循环寿命已达２００次。     

液相无焰燃烧合成LiNi_xMn_(2-x)O_4(x≤0.10)及电化学性能研究

采用液相无焰燃烧法一步合成了一系列LiNi_xMn_(2-x)O_4(0≤x≤0.10)正极材料。通过XRD、SEM和电化学测试分析了所合成样品的结构、微观形貌和电化学性能。结果表明,所有合成的LiNi_xMn_(2-x)O_4正极材料都是尖晶石型LiMn_2O_4结构。LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在1C、循环500次后的放电比容量最高为79.3mAh·g~(-1)。CV测试显示,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4在循环500次后的氧化还原电位差最小,仅为0.18V,这说明其电化学极化较弱且有良好的电化学可逆性。EIS测试表明,在所有的样品中,LiNi_(0.08)Mn_(1.92)O_4样品的活化能(Ea)最小为23.81KJ·mol~(-1)。故掺杂适量的Ni离子能够有效改善锂离子电池正极材料的循环可逆性和电化学性能。     

溶胶凝胶法合成LiMn2-xCoxO4及其性能研究

为了改善LiMn2 O4 作为锂离子蓄电池正极材料的循环可逆性能 ,我们采用溶胶 凝胶法掺杂合成了形如LiMn2 x CoxO4 的化合物 ,并用粉末X射线衍射技术 (XRD)研究了产物的晶体结构与电化学性能的关系。研究结果表明 ,在掺杂量 (即x值 )不是很大时 ,材料都能保持较好的尖晶石结构。在LiMn2 O4 中掺杂Co可明显地改善LiMn2 O4 的循环可逆性能。当x =0 .0 5时 ,5 0次循环后的容降由LiMn2 O4 的 10 %降低到 4%。同时 ,掺Co还可提高材料的大电流放电性能。当x =0 .1时 ,1C倍率放电容量与 0 .2C倍率放电容量的百分比值由LiMn2 O4 的 78%提高到 89%。     

高镍体系能量及功率型锂离子电池的设计研究

以Li[Ni_xCo_yAl_(1-x-y)]O_2、Li[Ni_xCo_yMn_(1-x-y)]O_2(x0.6)为代表的高容量层状高镍材料被认为是最有实用化前景的新型正极材料。选用Li[Ni_xCo_yAl_(1-x-y)]O_2(NCA)材料制成了30 Ah能量型及30 Ah功率型动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。结果表明由Li[Ni_xCo_yAl_(1-x-y)]O_2正极材料制备的动力电池比能量高,在循环性能、倍率放电性能、低温放电性能、荷电保持能力以及安全性能方面均表现优异,能够满足不同领域相关产品对动力电源的要求。     

控制结晶法制备球形锰酸锂的研究

采用控制结晶法制备出球形MnCO3前驱体,经预处理后得到多孔隙球形Mn2O3,与Li2CO3研磨混料,高温煅烧合成了结晶完整的球形尖晶石型LiMn2O4。比较了普通高温固相法与控制结晶法对锰酸锂电化学性能的影响,结果表明,后者制备得到的球形锰酸锂具有更高的可逆容量和更好的循环稳定性能。常温下,普通高温固相法合成的锰酸锂初始放电比容量为129.12mAh/g,100次循环后容量保持率仅77.38%。而准确化学计量的球形锰酸锂初始放电比容量为129.40mAh/g,100次循环后,容量保持率为95.28%;富锂球形锰酸锂首次放电比容量为116.28mAh/g,经150次充放电循环后,放电比容量为112.95mAh/g,容量衰减率为2.86%,平均每个循环仅衰减0.019%。锰酸锂的球形形貌愈完整,其电化学性能亦愈优越。     

微波液相无焰燃烧法超快制备尖晶石型锰酸锂

本文利用微波液相无焰燃烧反应,从而获得纯度与结晶度好的尖晶石型锰酸锂材料。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、恒电流充放电循环测试和循环伏安(CV)对所合成材料的结构、形貌和电化学性能进行了分析表征。该材料的X射线衍射峰与尖晶石型锰酸锂一一对应,不存在其他杂质峰,表明该材料为纯相。从SEM显微图片可以看出,该材料主要为多面晶体结构。室温下1C恒流充放电,微波合成样品的初始放电比容量达到了119.3mAh/g,100次循环后仍然能放出89.2mAh/g的容量,容量保持率为74.8%。