锂离子电池系统低温充电策略

新能源汽车行业正迅猛发展,电动汽车的销量也屡创新高,而电动汽车在冬季低温下如何高效且经济地进行充电,仍是一个亟待解决的问题.基于充电时电池自身内阻产热的原理,提出了一种锂电池系统低温充电的策略,并在此基础上进行了改进.以最小单体电池温度为判断条件,使用多阶段恒流充电技术可以有效缩短充电时间,并保证一定的充电容量.通过研...     

锂离子电池低温复合加热策略及优化北大核心CSCD

电动汽车因为节能环保和能量转化效率高等特性在近年来发展迅速。在低温下,作为动力来源的锂离子电池的放电功率和容量等性能严重衰减,影响着电动汽车在北方极寒地区的发展和普及。因此,如何在低温下对锂离子电池进行可靠、高效、安全地低温加热显得尤为重要。以三元锂方块电池为研究对象,通过测试电池在不同工况下的低温特性,得出了电池电特性和热特性参数。建立单体电池低温电热耦合模型,通过神经网络方法拟合实验数据,得到电池低温加热仿真模型。通过电池不同工况下的温升实验,验证了仿真模型的精度。本文提出了电池多段恒流复合加热方法,建立了电池老化、加热时间、容量收益的多目标非线性优化模型,揭示了电池老化、加热时间和容量收益之间的关系,得到了评价加权权重矩阵。利用非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和优劣解距离法(TOPSIS),得到单体电池平衡加热策略,探究了电池不同初始状态对优化目标的影响规律。根据电池的不同初始状态以平衡加热策略为基础建立了单体电池加热电流数据库。电池初始温度为-20℃时,加热到10℃,所需加热时间为253 s,容量收益为4.72 Ah,电池老化为0.482‱,峰值功率收益为1104 W。     

快速充电锂离子电池研究进展

电池产业发展的重要方向之一是提高锂离子电池快速充电能力。然而,快速充电电池经常遭受容量和功率性能衰减。快充电池开发涉及多尺度问题,因此要从原子层面到电池水平进行充分考虑。从现有的文献资料出发,概括总结了开发具有快充性能电池的一些关键要素。这些要素包括提高正极材料锂离子迁移速度、加快锂离子嵌入负极材料的速度、提高电解液离子导电性、选择快充型隔膜、提高电极离子和电子导电性以及充电策略的选择。     

锂离子电池低温电解液研究进展CSCD

锂离子电池低温存储技术是智慧城市发展的关键之一。商用电解液在低温下易凝固、阻抗高限制了锂离子电池的进一步应用。因此电解液的优化成为改善锂离子电池低温性能的研究热点之一。本文介绍了低温电解液的研究进展。综述了温度对锂离子电池充放电影响,提出电解液改性是提高锂离子电池低温性能的关键。低温电解液的改性主要包括锂盐、溶剂和添加剂等方面,并对锂离子电池低温性能的下一步研究进行了展望。低温电解液锂盐的研究重点在于发展具有低电荷转移阻抗和宽温范围的新体系锂盐,低温电解液溶剂的研究重点在于发展具有高介电常数的EC溶剂与低熔点的PC溶剂混合体系,低温电解液添加剂的研究重点在于传统添加剂与新型添加剂的联用。     

锂离子电池快充策略技术研究进展北大核心CSCD

电动汽车的普及是锂离子电池的主要需求来源之一。而电动汽车的充电性能是影响普及进程的一个重要的考量参数。在材料体系不变的情况下,取代传统恒流恒压充电策略的新型充电策略近10年内也吸引了很多研究者的关注。另外,新一代电池管理系统也对充电策略提出了更高的要求。本文阐述了各种优化的充电方法及其特点和应用。研究结果表明,与传统的恒流恒压充电策略相比,优化的充电方法可以减少充电时间,改善充电性能并有效延长电池寿命。最后,本文还提出了对未来优化充电策略的展望,希望未来在线辨识和实时更新的模型参数的方法或者通过在线的方法辨识特征信号带来更加强大的充电策略。     

三元富镍锂离子电池不同充放电策略下的老化特性研究

在各种设备的日常使用过程中,伴随着设备老化一同到来,电池老化同样限制了设备主体的功能应用。文中针对三元高镍锂离子电池单体的老化特性进行实验测试,并通过混合脉冲功率性能测试法(HPPC)测量了电池处于不同老化阶段时的内阻值。基于锂离子电池长期充放电循环老化实验的测试数据,本文对其老化过程的容量衰减与内阻变化进行研究,并得出在2 C高倍率充电条件下,锂离子电池的容量衰减速率明显高于0.5 C与1 C倍率充电条件;荷电状态低于30%和高于60%的区间内,电池的内阻值偏大,且随着循环次数的增加,电池内阻值整体呈现上升趋势。     

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...     

高能量密度锂离子电池老化半经验模型北大核心CSCD

电池循环老化过程中容量会不断衰退,内阻也会逐渐增长,从而影响电池的使用寿命与性能表现。为建立电池容量衰退与内阻增长半经验模型,缩短探究电池老化特性所需的实验时间,采用具有高能量密度的21700锂离子电池,在0℃、23℃和40℃条件下结合1 C和2 C两种放电倍率组成了六种工况,对电池进行循环老化实验,分析温度等因素对电池容量衰退与内阻增长特性的影响规律。在结合Arrhenius方程建立电池容量衰退半经验模型时,额外引入了两个关于循环次数的幂函数和常数项,拓展了容量衰退半经验模型的适用性,使其能够适用于不同温度下表现出的不同容量衰减趋势。采用双指数函数累乘的公式形式建立了电池内阻增长的半经验模型,能够有效地预测内阻在不同工况下的增长规律。并利用交叉验证的方法证明了容量衰退与内阻增长半经验模型的准确性,能够用于预测电池在其他温度条件下的老化规律。最后利用建立的电池老化半经验模型,预测了该电池在15℃、30℃和45℃的容量与内阻变化情况,有助于更全面地了解电池的老化特性,并避免了大量重复实验,有利于提高研究效率。     

锂离子电池建模技术研究

随着"碳中和"、"碳达峰"目标的提出,储能技术得到快速发展,其中锂离子电池因其安全性能较高、寿命长等优点得到广泛应用.首先,选取Thevenin等效电路模型对锂离子电池进行建模,并搭建Simulink仿真模型;其次,采用扩展卡尔曼滤波算法对电池荷电状态(state of charge,SOC)进行估计,仿真实验结果验证...     

锂离子电池低温电解液的研究进展

锂离子电池在低温条件下运行时,电池的电化学性能已经不能达到最佳状态,存在容量迅速恶化的问题,这限制了其在极寒地区以及航空、国防军事等特殊领域的应用。因此,提高电池的低温性能成为研究热点之一。本文通过对相关文献的探讨,综述了改善锂离子电池低温性能的策略,着重介绍了电导率较高的新型锂盐、由低熔点和高介电常数组成的混合溶剂以及有助于形成稳定SEI膜的成膜添加剂对电池低温性能的影响,重点分析了上述因素对于锂离子电池低温性能的影响机制。综合分析表明,Li+的溶剂化结构与去溶剂化过程在电极界面上的行为直接决定了电池的低温性能。本文强调了从电解液的溶剂化结构入手来设计低温电解液的重要性,为未来低温锂离子电池开发提供了新思路。     

锂离子电池低温快速加热方法研究进展

锂离子电池的性能直接影响电动汽车的续航、安全性和可靠性.低温环境下,锂离子电池功率特性变差、循环寿命衰减、可用容量降低,同时面临低温充电难、充电易析锂等问题,这些因素阻碍了电动汽车的发展.低温加热技术是电池热管理系统的核心技术之一,是缓解动力电池在低温环境下性能衰减的关键.本文综述了包括内部自加热法、MPH加热法、自加...     

基于光学显微镜的锂离子电池材料老化衰减原位研究进展

先进锂离子电池的发展需要更高性能的电池材料或更优化的电池结构,深入了解电池材料的老化衰减机理是提高电池性能的前提。原位光学显微镜方法具有操作简便、原位反应池模拟环境真实,以及从介观到宏观的大范围尺度进行表征的特点,是目前最适合开展原位研究的表征方法。本文综述了原位光学显微镜方法在锂离子电池材料老化衰减方面的研究进展,介绍了原位光学显微镜方法中原位反应池的典型结构,阐述了该方法应用于锂离子浓度及其分布、析锂、电池材料体积膨胀与开裂和应力应变演化等方面的研究进展。最后,提出了原位光学显微镜方法在光学显微镜分辨率、原位反应池功能性、多表征方法联用以及先进图像处理和分析方法等方面的未来关注方向。     

基于CiteSpace的锂离子电池用低温电解液知识图谱分析

锂离子电池(LIBs)在低温条件下会出现阻抗增大、嵌入/脱嵌锂不平衡、循环效率降低、容量衰减等现象,导致充电比放电更加困难,严重影响了LIBs的低温性能,其中对LIBs低温性能影响最大的是电解液.电解液在低温下黏度变大,与电极材料和隔膜之间的相容性变差,导致离子电导率降低,电荷转移电阻增大,最终导致电池性能下降.本文基...     

锂离子电池健康状态估算方法研究进展

随着锂离子电池(Lithium-ion batteries,LIB)在电动汽车、储能电站和备用电源等领域的广泛应用,准确、及时地估计电池健康状态(State of health, SOH)是确保电池系统运行可靠性和安全性的关键因素。锂离子电池内部复杂的电化学反应和多变的外部使用条件,使得实现精准的健康状态估计具有挑战。随着人工智能、大数据分析等技术的快速发展,电池SOH评估的方法也逐渐多样化。首先介绍电池的老化机理和SOH概念,随后介绍了实验法、基于模型、数据驱动和融合方法,详细分析了每种方法的特点,并比较了在实际应用中相应的优势和局限性。最后,对SOH估算的未来趋势进行了展望。     

锂离子电池正极材料低温性能衰退机理研究

锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命等突出优势被广泛应用于便携式设备、电动汽车以及大规模储能领域。然而,锂离子电池对外界温度敏感,尤其是在较低的工作温度下,能量密度和功率密度急剧下降,这严重限制了其在寒冷地区的应用。为探究锂离子电池在低温环境下的性能衰减机理,选择磷酸铁锂(LiFePO₄)、钴酸锂(LiCoO₂)、层状三元(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂)三种商业化正极材料作为研究对象,结合恒流充放电测试、电化学阻抗测试、恒电流间歇滴定技术以及X射线衍射分析和扫描电子显微镜表征技术,全面系统地比较了三种材料在室温(25℃)和低温(-20℃)下的电化学性能。恒流充放电测试结果显示三种正极材料在低温下均会出现比容量明显降低,三元NCM622表现出最佳的低温循环稳定性,在-20℃循环400圈时容量保持率为95.89%。进一步的交流阻抗测试分析和Li⁺扩散速率计算表明,在低温条件下电解液电导率的降低、正极材料电荷转移阻抗的增加和Li...     

锂离子电池在新能源汽车中的设计及应用北大核心CSCD

随着新能源领域的不断发展,电动汽车逐渐成为新能源汽车的主体,其动力来源以锂离子电池较为普遍。因具有自放频率低、能量高、使用年限长等特点,锂离子电池逐渐成为了新能源汽车的首选。随着锂离子电池应用范围的不断扩大,出现了充电安全隐患、挤压碰撞致使损坏等一系列问题。锂离子电池的科学应用是目前研发新能源电池应首要关注和研究的重点,对新能源汽车领域的发展有着至关重要的作用。     

锂离子电池SEI多尺度建模研究展望北大核心CSCD

锂离子电池高还原性负极表面的固体电解质界面膜(SEI)是影响电池电化学性能与稳定性的关键组分,但SEI的形成涉及多尺度、多物理场下的复杂过程,且组分异常复杂。在电池外壳“黑箱”环境下,现有的非原位技术对其表征无能为力,而原位技术又难以得到较高真实度的结果,难以深入理解SEI的相关机制。采用数学的方法对SEI进行建模研究,有望将复杂的物理场进行解耦,进而精准描述SEI的形成和演化的机制与过程,是近年来电池领域的研究热点。本文按对象尺度由小到大从原子到介观尺度逐渐增大的顺序分别总结了第一性原理分子动力学、反应力场分子动力学、经典分子动力学、蒙特卡罗算法、宏观性质建模在SEI建模研究中的应用进展,介绍其在指导电极材料开发及电解液改性方面的成功案例,着重讨论分析了多尺度建模研究SEI的难点与不足。并提出针对SEI的电化学势场特性建立力场算法平台,采用动力学蒙特卡罗方法和机器学习辅助将模型拓展到数万直至数亿原子,并通过逐级计算结合试验验证及专家评估促使收敛,获得具有量子力学精度且带电化学势场的SEI模型,有望实现SEI的长时域建模。     

高能量密度锂离子电池结构工程化技术探讨CSCD

基于商业化应用的锂离子电池材料体系,对电池结构进行工程化设计优化,是目前提升锂离子电池能量密度的重要研究方向。本文对比了电池尺寸、集流体厚度、N/P比和电极厚度等工程化因素在提升电池能量密度方面的潜力及风险,表明增加电极厚度是提高电池能量密度的主要工程化技术途径,但随之会带来电池倍率和寿命等性能下降的问题;基于此,从多孔电极理论出发,重点分析了影响厚电极电池性能的电极结构因素,综述了实用化厚电极的可能实现途径。综合分析表明,通过激光刻蚀、多层涂布等工程化技术,构建具有低曲折度、梯度孔隙率分布结构的实用化厚电极,有望实现厚电极在提高锂离子电池能量密度的同时兼顾电池倍率和寿命等性能。     

锂离子电池无损析锂检测研究进展北大核心CSCD

人们对新能源汽车快速充电的需求与现有纯电动汽车的充电效率之间的矛盾将会越来越突出。锂离子电池在正常充电速率下,锂离子嵌入石墨负极;当充电倍率逐渐增大时,金属锂来不及嵌入石墨层状结构时便会沉积在石墨颗粒表面,出现“析锂”现象。当析锂现象随时间慢慢累积后,电池容量渐渐降低,严重时甚至会发生热失控事件。在锂电池早期发展阶段,检测析锂非常具有挑战性,且主要基于拆解电池后的形貌检测,这类检测方法对电芯造成了不可逆的损坏,无论是在后期研究还是实际应用中都是非常不友好的方式。近年来,研究人员已经提出了许多无损(即非拆解的方式)析锂检测方法,本文综述了无损析锂检测的方法,将其分为四类:(1)基于锂引起电芯老化的检测方法;(2)基于锂引起阻抗变化的检测方法;(3)基于锂引起电化学反应的检测方法;(4)基于锂引起电芯物理化学特性变化的检测方法。本文系统地对现有的无损析锂检测方法的原理、优缺点进行了概述,并对目前无损析锂检测方法进行了总结与展望,以提出这一不断发展的研究领域的技术现状和当前的研究空白。