离子液体掺杂凝胶电解质的制备及性能

以N-N二甲基丙烯酰胺(DMAA)和甲基丙烯酰氧基二苯酮(MABP)为单体,利用自由基共聚合制备了聚合物母体材料。将合成的母体材料,离子液体与双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂一起混合成均匀溶液,采用简单的溶液铸膜工艺制备成膜,经紫外(UV)交联得到交联型凝胶电解质薄膜。通过红外光谱、差示扫描量热、X-射线衍射、力学拉伸测试仪、扫描电镜、电化学交流阻抗谱、线性扫描伏安法等不同测试方法对不同交联组分比例下制得的凝胶聚合物电解质进行表征。结果表明:聚合物母体材料中MABP质量含量为30%时,综合性能较好的电解质在30℃时电导率可达1.16×10~(-4) S/cm;采用循环伏安法测得该电解质的电化学稳定窗口为+4.6 V(vs Li/Li~+),可以满足锂离子电池的应用要求;以所制备的凝胶聚合物电解质组装的锂离子电池在0.2 C的电流密度下,首次放电比容量达到245.2mAh/g。所制备的凝胶电解质与文献报道的同类电解质相比具有较宽的电化学稳定窗口和略低的离子电导率,而且具有较高的首次放电比容量,表明所设计的凝胶电解质具有在锂离子电池中应用的潜力。     

复合凝胶聚合物电解质的制备及电化学性能

以偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物为基体,通过与聚甲基丙烯酸甲酯共混,加入导电盐LiPFs、增塑剂聚乙烯吡咯烷酮,制备了高电导率的复合凝胶聚合物电解质（CGPE）。用红外光谱测试了聚合物电解质膜的结构,用交流阻抗法测试了CGPE的导电性能,用线性扫描伏安法研究了它的电化学稳定性。测试了以CGPE为电解质制备的锂离子电池的充放电性能。结果表明,当聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）质量分数为20％时,CGPE电导率大于10^-3s／cm,在4．65V电化学窗口以下稳定。以磷酸亚铁锂为正极时,在0．1C和0．2C倍率下放电时,聚合物电解质电池的首次放电容量分别为138mAh／g和98．3mAh／g。     

以镍锰酸锂为正极材料的固态电池制备与性能研究

由于液态电池存在安全隐患,开发新型材料的固态电池成为研究热点.以高电压材料镍锰酸锂作为正极材料,PES-LATP@PVC复合物为固态电解质组装固态锂离子电池,在常温下,利用X射线衍射仪、电化学工作站等测试电池的充放电性能和电化学性能.结果表明:制备的聚合物电解质具有阻燃性;组装的半电池在常温、0.2C电流下的首次充电比...     

PMMA系聚合物在锂离子电池凝胶电解质领域中的研究进展

综述了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为锂离子电池凝胶电解质的特性及应用情况.PMMA基凝胶电解质与锂金属电极的界面稳定性好,室温离子电导率高达10-3 S/cm数量级,循环充放电性能好;但较差的机械强度限制了其应用,因此常采取共混、涂覆以及共聚等不同方式与其他高聚物、无机纳米粒子、聚烯烃膜乃至非织造膜等结合,制备出复合凝胶电解质使用.指出未来研究趋势是采用静电纺丝技术制备出分层复合聚合物电解质.     

EVOH磺酸锂电池隔膜的制备及微观形貌

为研究一种新型的锂离子电池隔膜材料,以聚乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）和1,3-丙烷磺酸内酯为原料,叔丁醇锂为催化剂,通过化学修饰得到EVOH-SO3Li聚合物电解质,经高压静电纺丝制备成无纺布薄膜.采用红外光谱（FTIR）对合成电解质的化学结构进行表征,并运用扫描电镜观察分析了薄膜的微观形貌.结果表明：成功接枝磺酸根,EVOH-SO3Li聚合物被合成出;纤维直径分布在150 ～ 220 nm之间,纤维孔径可达到电池隔膜的要求.     

电动汽车用动力电池的现状及发展趋势

电动汽车的发展已经成为当今世界各国的热点．动力电池是电动车的关键技术和影响电动车发展的主要障碍之一。本文介绍了铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池和燃料电池的历史、工作原理和现状以及将来的前景。     

锂离子电池用磷腈类聚合物电解质的制备与性能

采用六氯环三磷腈高温开环聚合方法制备了聚二氯磷腈,然后采用醇钠法,取代聚二氯磷腈的氯,制备了聚二（二乙二醇单甲醚）磷腈（MEEP）,探索出了较佳的合成工艺,采用FT-IR、31P-NMR、13C-NMR、质谱对其进行了结构表征和分析。结果表明,所制备的磷腈聚合物确实为MEEP。采用自制的MEEP,与三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）盐进行复配,制备了锂离子电池用聚合物固体电解质,对其热稳定性、导电性进行了测试,其开始分解温度在200℃以上,室温电导率达到了1.187×10-4S/cm（25℃）,具有较佳的导电性和热稳定性,可用于锂离子电池的电解质。     

美国研发新型可防止意外爆炸的锂离子电池

正美国斯坦福大学的研究人员研发出一种可防止爆炸的锂离子电池。该电池可以在过热之前关闭,在温度降下来后迅速重启。传统的锂离子电池若被刺穿、短路或过度充电,会使电池产生热量,如果温度达到约150℃,电解质就会着火并引发爆炸。为了防止电池爆炸,此前,研究人员通常采取在电解质中加入阻燃剂或在电池过热前发出警报等技术,但这些技术都是不可逆的。     

改性无机微粒掺杂的固体聚合物电解质

为了提高锂离子电池固体聚合物电解质的电导率,用硫酸对纳米SiO₂和TiO₂进行表面改性,并加入到PEO基体中.采用溶液铸膜法制备出无机微粒 LiClO₄PEO全固态聚合物电解质（SPE）.运用数字显微镜、交流阻抗和拉伸测试对电解质膜的性能进行了表征,研究了无机微粒中w（酸）对电解质电导率的影响.结果表明,SiO₂微粒中w（酸）对电导率影响不大;TiO₂微粒中的w（酸）与电导率成正比.当w（酸）=8%时,电解质的室温电导率可达1.83×10^-6 S/cm.改性后的TiO₂ 微粒,可进一步提高固体聚合物电解质的电导率.     

纳米SiO2的改性及其复合电解质的性能分析

锂离子电池具有高电压、高容量和高比能量等特点,是重要的储能器件。针对传统的液态锂离子电池容易发生电解液泄漏、燃烧爆炸和短路等问题,聚合物锂离子电池虽可以较好地解决安全问题,但仍存在电导率、离子迁移分数和力学性能较低等因素。以叔丁醇钾与纳米SiO2表面的羟基进行反应,再将1,3-丙磺酸内酯进行接枝反应,对纳米SiO2表面进行接枝改性;以改性和未改性的纳米 SiO2与苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯进行聚合反应,制备SiO2/P（ MMA-S）复合聚合电解质。FT-IR和TGA研究结果表明,纳米SiO2表面含有丙磺酸锂基团。采用扫描电镜研究改性前后的纳米SiO2颗粒的形态,发现改性后纳米SiO2粒度分布均匀、团聚减弱。SiO2/P（ MMA-S）复合聚合物电解质的研究结果表明,含有质量比为6℅的改性纳米SiO2的复合电解质膜的吸液率可达310℅,经历15 d失重率不超过18℅,抗拉强度可达40.0 MPa以上,断裂伸长率也超过40℅,交流阻抗法测定其室温电导率可达3.98×10-3 S/cm。     

锂离子电池电解液添加剂联用技术

阐述在锂离子电池电解液中将氟代碳酸乙烯酯（FEC）和四氟硼酸锂（LiBF4）两种添加剂联合使用,通过电解液的物理指标测试、电池在高温条件下的充放电及循环性能的测试,重点研究了组合添加剂与锂离子电池性能的关系,以及对SEI膜形成与稳定的影响.结果表明,使用复合添加剂有明显的优势,同时将FEC和LiBF4作为锂离子电池电解液的添加剂,可利用添加剂间的协同作用来改善锂离子电池的高温性能.     

矿井瞬变电磁仪新型电源装置的研发及应用

目前矿井瞬变电磁仪所配电源主要为铅酸电池或镍氢电池（很少）,而科技含量较高的锂电池由于技术原因一直无法使用。本文通过研制防止电池过充和过放的锂电池保护板实现了锂电池的正常供电。研制了锂电池快速充电器,以及用于电池电压转换的控制线路,大大提高了电池的容量和使用寿命,解决了环保、温度、安全问题。在相同体积的情况下,锂电池电源容量是原电池的2倍,重量是原电池的1/3。该新电源的使用大大减轻了矿井瞬变电磁法工作人员的体力劳动,提高了工作效率,具明显经济效益。     

SOC distribution-based modeling for lithium-ion battery for electric vehicles using numerical optimization

In order to simulate electrical characteristics of a lithium-ion battery used in electric vehicles in a good manner,a three-layer battery model is established.The charge of the lithium-ion battery is assumed to distribute among the three layers and their interaction is used to depict hysteresis and relaxation effect observed in the lithium-ion battery.The model parameters are calibrated and optimized through a numerically nonlinear least squares algorithm in Simulink Parameter Estimation Toolbox for an experimental data set sampled in a hybrid pulse test of the battery.Evaluation results showed that the established model is able to provide an acceptable accuracy in estimating the State of Charge of the lithium-ion battery in an open-loop fashion for a sufficiently long time and to describe the battery voltage behavior more accurately than a commonly used battery model.The battery modeling accuracy can thereby satisfy the requirement for practical electric vehicle applications.     

Preparation and electrochemical properties of polymer Li-ion battery reinforced by non-woven fabric

A polymer electrolyte based on poly(vinylidene) fluoride-hexafluoropropylene was prepared by evaporating the solvent of dimethyl formamide, and non-woven fabric was used to reinforce the mechanical strength of polymer electrolyte and maintain a good interfacial property between the polymer electrolyte and electrodes. Polymer lithium batteries were assembled by using LiCoO2 as cathode material and lithium foil as anode material. Scanning electron microscopy, alternating current impedance, linear sweep voltammetry and charge-discharge tests were used to study the properties of polymer membrane and polymer Li-ion batteries. The results show that the technics of preparing polymer electrolyte by directly evaporating solvent is simple. The polymer membrane has rich micro-porous structure on both sides and exhibits 280% uptake of electrolyte solution. The electrochemical stability window of this polymer electrolyte is about 5.5 V, and its ionic conductivity at room temperature reaches 0.151 S/m. The polymer lithium battery displays an initial discharge capacity of 138 mA·h/g and discharge plateau of about 3.9 V at 0.2 current rate. After 30 cycles, its loss of discharge capacity is only 2%. When the battery discharges at 0.5 current rate, the voltage plateau is still 3.7 V. The discharge capacities of 0.5 and 1.0 current rates are 96% and 93% of that of 0.1 current rate, respectively.     

18650型锂离子电池热失控影响因素

为研究锂离子电池的热安全性,以国内某公司生产的磷酸铁锂5 A·h单体电芯以及自制电池模组为研究对象,探究了荷电状态（state of charges,SOC）和过充倍率对电池单体和模组的热安全性的影响.研究结果表明：当单体电芯的荷电状态越高时,电池热失控的最高温度和最高温度变化率越高,产热量越多,热失控反应越剧烈,热安全性越低;电池过充实验的温度可以分为4个阶段：第1阶段为温度平稳区,第2阶段为温度缓慢上升区,第3阶段为温度骤变区,第4阶段为降温区;过充实验中,在发生热失控之前,电池的开路电压会发生明显的压降,说明电池压降可以作为电池热失控的一个判定条件;模组加热热失控的时间点比单体晚,热失控最高温度比单体的低,也没有单体热失控剧烈,但是,单体热失控之后温度会迅速下降,模组中个别单体热失控之后温度反而会缓慢上升,直至整个模组发生热失控;进行3C过充的模组未发生剧烈热失控,但实验中泄压阀被打开少许,电解液少量泄露,存在模组外短路风险.

     

Hybrid dynamic model of polymer electrolyte membrane fuel cell stack using variable neural network

The polymer electrolyte membrane(PEM) fuel cell has been regarded as a potential alternative power source,and a model is necessary for its design,control and power management.A hybrid dynamic model of PEM fuel cell,which combines the advantages of mechanism model and black-box model,is proposed in this paper.To improve the performance,the static neural network and variable neural network are used to build the black-box model.The static neural network can significantly improve the static performance of the hybrid model,and the variable neural network makes the hybrid dynamic model predict the real PEM fuel cell behavior with required accuracy.Finally,the hybrid dynamic model is validated with a 500 W PEM fuel cell.The static and transient experiment results show that the hybrid dynamic model can predict the behavior of the fuel cell stack accurately and therefore can be effectively utilized in practical application.     

电解质掺杂Na2SO4对固体氧化物燃料电池性能的影响

以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ（Y2O3稳定的ZrO2,Y2O3的摩尔分数为8％）为复合电解质,Co3O4为阳极催化剂,La0.7Sr0.3MnO3为阴极催化剂,组装固体氧化物燃料电池,以二氧化硫气体为燃料气,测试复合电解质材料电池的电化学性能.结果表明：以质量分数为25％的Na2SO4＋YSZ为复合电解质的电池在700℃时,获得最大开路电压372mV,功率密度7.87mW·cm-2.以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ作为复合电解质时,电池的电流密度和功率密度的高低顺序均为：质量分数25％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数16％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数8％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数50％的Na2SO4＋YSZ＞YSZ.     

可变低温环境锂电池组内部短路故障诊断

针对可变低温环境下锂离子电池组易发生的内部短路故障问题,提出基于模型的电池组参数估计和故障诊断方法. 通过特性实验,建立三元锂电池容量与温度的关系. 根据标准-偏差模型,采用无迹卡尔曼滤波实时估计标准电池状态和参数,结合双卡尔曼滤波得到电池组状态和参数的实时估计结果,根据电池容量衰减定量诊断内部短路故障. 在5~25 °C时变温度下,结合实际工况进行电池组充放电实验,通过并联电阻法模拟内部短路故障,得到电池组状态和内部短路电阻估计值和真实值的对比. 实验结果表明,利用提出的方法能够快速、精确地跟踪电池组状态,准确地诊断电池内部短路故障.     

三元18650电池低温放电特性的实验研究

锂离子电池（lithium-ion battery,LIB）由于其高能量密度、易维护、循环寿命长和环境污染小等优点得到了快速发展,逐渐成为了电动汽车动力系统的首选.然而,锂离子电池的热稳定性较差,在某些滥用条件下可能会引发火灾、爆炸,从而造成人身伤害和财产损失.锂离子电池的安全问题严重阻碍了电动汽车等相关领域的发展,因此电池安全性的深入研究势在必行.分析了近期由锂离子电池着火引发的电动汽车安全事故,基于国内外学者关于锂离子电池热安全的研究,详细讨论了锂离子电池的热失控化学反应机理,并对目前动力锂离子电池的热安全研究进展进行了概述.研究结果发现,锂离子电池的自燃问题是造成电动汽车火灾事故频发的主要原因之一.虽然目前关于锂离子电池热失控的反应机理及影响因素等方面的研究已经取得了较大进展,但有关详细的电池火焰机理及火焰传播过程等方面的研究仍然较少,并且还未发现能够有效解决电池自燃问题的方法.故如何提升电池安全性能仍是亟待解决的问题.

     

质子交换膜燃料室电池与无污染汽车

文章分析了内燃机、电瓶、燃料室电池汽车污染排放上的特点 ,综述了燃料室电池的发展历史、研究现状和应用前景 ,对于电池电堆、质子交换膜、催化剂等关键技术的国际发展情况进行了介绍 ,提出我国的燃料室电池汽车的研究与应用的建议和看法。