关键词： 废旧电极材料   磷酸铁锂   热解浮选   表面改性   石墨提纯  

摘要： 锂离子电池作为电能存储体具有高能量密度、长寿命、低自放电和高安全性能,已广泛应用于新能源汽车和储能领域。我国新能源汽车产业持续高速增长,正面临大量锂离子电池退役且无高效、经济回收技术等难题。本文以废旧磷酸铁锂电池正、负极混合电极粉作为研究对象,采用热解去除电极材料表面有机粘结剂以改变表面润湿性,实现正负极颗粒高效浮选分离;浮选精矿直接用于制备正极材料,浮选尾矿经酸浸回收磷、铁、锂等有价元素;浸出渣进一步通过硫酸熟化-水浸工艺制备高纯度石墨,从而大幅削减废渣排放,提高资源利用率。本文的主要研究内容及结果如下:（1）利用工艺矿物学分析手段,查明废旧磷酸铁锂电池混合电极粉元素成分、物相组成及各元素赋存状态等,为废电极粉热解浮选回收利用提供理论指导。结果表明,废电极粉含有67.60 wt.%磷酸铁锂,磷酸铁锂颗粒晶体结构完好,但是颗粒表面覆盖包裹有机粘结剂PVDF（F元素含量为5.72 at.%）,使其表面表现出较强的疏水性,难以直接将磷酸铁锂颗粒和石墨进行浮选分离。（2）采用热解强化浮选分离废电极粉中磷酸铁锂和石墨,探究废电极粉的热解特性,考查不同热解条件下浮选分离效率。废电极粉的热解特性研究表明,热解过程分为四个阶段,第一阶段为水分和电解质挥发分解,第二阶段为有机粘结剂PVDF的分解,第三阶段质量几乎不变,第四阶段为磷酸铁锂分解。浮选过程磷酸铁锂的回收率随着热解温度的增加而提高,随热解时间增加呈现出先增后减趋势。在600℃、30 min最佳热解条件下浮选,精矿中磷酸铁锂品位为87.88%,回收率为95.17%。浮选精矿直接作为正极材料制备电池,在0.2C充放电倍率下放电比容量为133.65 m Ah/g,这表明热解浮选后的精矿产品具有作为正极材料使用的可行性。（3）通过研究热解对废旧磷酸铁锂电池混合电极粉的表面润湿性、元素赋存状态、形貌和物相的影响,揭示热解对电极材料表面改性的机理。结果表明,随着热解温度增加,电极材料表面亲水性不断增强;随着热解时间的增加,电极材料亲水性呈现先增强后减弱的趋势。PVDF在375℃时开始发生大分子链-（CH2CF2）-n断裂和脱HF反应,得到单分子氟化物的分解产物;在500℃-（CH2CF2）-n完全断裂;单分子氟化物在500-600℃继续分解,留下热解碳。此过程说明随着热解温度提高,磷酸铁锂颗粒表面原始亲水面积不断扩大,但热解时间过长,磷酸铁锂颗粒表面的热解碳出现烧结现象,降低了其表面亲水性。（4）浮选尾矿在硫酸体系中提取P、Fe、Li等有价元素后,对浸出渣进行硫酸熟化-水浸工艺提纯以得到高纯度石墨。结果表明,在H2SO4浓度12.1 wt.%、液固比4:1（g/g）、浸出温度40℃、浸出时间90 min的条件下,Li、Fe、P的浸出率在97%以上。浸出渣进行硫酸熟化-水浸除杂后,Li、Fe、P、Cu、Al、Ni、Co、Mn八种杂质总含量为998 ppmw,石墨纯度在99%以上。硫酸熟化-水浸滤液可返回浮选尾矿浸出工艺中,进一步提高Li、Fe、P的回收率,并可以减少酸性废水排放。

关键词： 磷酸铁锂动力电池   性能测试   在线建模   荷电状态   最大可用容量   功率状态  

摘要： 随着燃油汽车数量大幅增加,能源危机和环境污染问题已经引起全世界的广泛关注。电动汽车有助于缓解这两大难题,世界各主要工业国也在政策上大力支持电动汽车产业的发展。目前,锂离子动力电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低等优势,已经成为电动汽车能源供给的主要电池类型。然而,近年来由于激进的动力电池技术路线、锂离子动力电池的不合理使用及管理不当,导致电动汽车火灾、爆炸等事故频发,其安全性引起了普遍关注。电池管理系统(Battery Management System,BMS)能够提供准确的电池状态估计,对于保证电池安全高效使用,推动电动汽车的发展与普及具有重要意义,其中电池建模和状态估计是其核心功能。本文依托我们自己完成的磷酸铁锂动力电池性能测试试验获得的数据集,实现磷酸铁锂动力电池等效电路模型的在线建模和状态估计,为保证电池使用的安全性和可靠性、优化电池能量管理策略、提高电池使用效率以及延长电池使用寿命提供了基础。 本文主要研究工作如下: (1)磷酸铁锂动力电池性能测试。针对现有的磷酸铁锂动力电池公开数据集存在测试电池研制与生产年代久远、性能落后、实用性较差、没有量产车实装且在电动汽车动力电池领域从来也没有规模化应用等缺点,选用国内某知名动力电池厂商于2018年推出的某款方形磷酸铁锂动力电池开展了电池性能测试试验,建立了四个老化程度不同的磷酸铁锂动力电池在10℃、25℃、40℃下的最大可用容量测试、开路电压测试、恒定功率测试以及动态工况测试试验数据集,并分析了环境温度和电池老化程度对测试结果的影响。 (2)磷酸铁锂动力电池在线建模。磷酸铁锂动力电池本身是一个复杂的电化学系统,基于对电池内部机理和外部行为的分析,实现了电池行为的准确描述。针对离线参数辨识方法对电池老化状态和使用环境适应性差,常规的在线参数辨识方法存在噪声模型不符合实际,算法跟踪模型参数变化能力与辨识结果平稳性相矛盾等问题,提出了自适应渐消记忆递推增广最小二乘法并研究其理论性质和应用价值。同时,设计了辨识智能监督级,确保辨识数据的真实性与有效性、保证辨识算法正常运行、判断参数辨识结果的收敛性以及检验收敛结果的合理性,建立了能够准确表征电池特性的电池模型,为电池状态估计奠定了基础。 (3)磷酸铁锂动力电池状态估计,包括荷电状态估计、最大可用容量估计和功率状态估计。分析了环境温度和电池老化程度对库伦效率的影响,针对磷酸铁锂动力电池模型非线性动力学特性,噪声为有色噪声且噪声统计特性时变等问题,提出了模型参数-荷电状态自适应估计器,在电池荷电状态估计过程中在线更新电池模型参数,提高了电池荷电状态估计精度和在线建模精度,且具有较强的鲁棒性,与传统扩展卡尔曼滤波相比,DST工况下荷电状态估计结果的平均绝对误差平均值降低了 3.61%,端电压估计结果的平均绝对误差平均值降低了 0.62mV,FUDS工况下荷电状态估计结果的平均绝对误差平均值降低了 5.22%,端电压估计结果的平均绝对误差平均值降低了 0.62mV,充电过程中荷电状态估计结果的平均绝对误差平均值降低了 4.30%,端电压估计结果的平均绝对误差平均值降低了 0.41mV,CLTC-P仿真测试下荷电状态估计结果的平均绝对误差降低了 2.71%,端电压估计结果的平均绝对误差平均值降低了5.28mV;分析了电池老化的主要原因,针对输入和输出均含有噪声的电池最大可用容量估计问题,提出了渐消记忆递推全局最小二乘法,为避免在正常使用情况下电池最大可用容量估计值发生突变,引入了容量收敛系数,提出了模型参数-荷电状态-最大可用容量联合估计方法,实现了更加准确的电池状态估计,即便荷电状态初始值和最大可用容量初始值均错误,该联合估计方法仍然能够同时实现端电压、荷电状态和最大可用容量的准确估计以及极化电压的合理估计,且鲁棒性较强,与不更新最大可用容量的估计结果相比,DST工况下荷电状态估计结果的平均绝对误差降低了 1.15%,FUDS工况下荷电状态估计结果的平均绝对误差降低了 1.18%,CLTC-P仿真测试下荷电状态估计结果的平均绝对误差降低了 0.90%;分析了影响电池功率状态的主要限制因素,针对现有的功率状态估计研究大多缺少估计方法合理性说明和试验验证问题,提出了多约束持续充放电功率状态估计方法,建立了持续充放电功率状态参考值模型,从试验测试点测试和动态工况测试两个方面进行了试验验证,研究了持续充放电时长对持续充放电功率状态估计结果的影响,试验测试点的持续充放电功率状态估计结果的平均绝对误差分别为3.46W和6.29W,随着持续充放电时长增长,持续充放电功率状态估计结果的绝对值均减小。

关键词： 低温环境储能方舱   磷酸铁锂电池   钛酸锂电池   混合储能  

摘要： 随着2030年碳达峰、2060年碳中和目标的提出,电网将提高可再生能源发电比例以降低碳排放。然而高比例可再生能源发电会严重威胁电网的稳定性。储能方舱可以满足多个节点在不同时间段的储能需求。因此,被认为是消纳可再生能源,提升电网稳定性的有效手段。但传统储能方舱基于磷酸铁锂电池,这种电池成本低,低温下充放电效率也低。而低温充放电效率高的钛酸锂电池由于其成本昂贵且能量密度低,不适合大量安装在储能方舱上。因此,本文提出了基于双电池框架的低温环境储能方舱,该型储能方舱使磷酸铁锂电池和钛酸锂电池优势互补,在把成本和重量控制在合理范围内的前提下,实现了在低温下高效率充放电。本文具体开展了以下研究工作:1)计及充放电时间对电池所需加热量影响的电热耦合低温环境储能方舱建模:首先,本文研究了低温环境储能方舱中两种电池和各个装置之间的能量流动。然后,本文通过拟合实测数据,得到了磷酸铁锂电池和钛酸锂电池内部消耗的化学能和输出功率的关系。并在此基础上考虑了电池功率约束和容量约束,得到低温环境储能方舱电模型。最后,本文通过推导电池电芯发出的欧姆热、极化热、反应热、副反应热公式,得到了电池发出热量和温度的线性模型。并基于热平衡方程式,统筹电池发热模型、加热装置发热模型、温度范围限制模型得到了低温环境储能方舱热模型。以上内容为后续研究奠定了理论和模型基础。2)低温环境储能方舱能量管理非凸优化:首先,本文仔细分析了低温环境储能方舱中电热耦合为何导致其能量管理问题高阶非线性。然后,本文提出了电池可行域方法将高阶非线性的低温环境储能方舱能量管理问题转化成了凸问题。接着,本文设计了测试系统和5个案例,通过仿真对比证明了本文所提双电池框架的有效性。最后,本文进行了低温环境储能方舱输出的总电能对钛酸锂电池占比、储能方舱热阻、外界温度的灵敏性分析,为低温环境储能方舱原型机的参数选择提供了参考。3)低温环境储能方舱工程应用设计:首先,本文介绍了低温环境储能方舱原型机舱体的基础信息,并研究了舱内设备的组织结构。然后,为了解决控制电路低温供电的问题,本文设计了能在四个供电口取电的低温环境储能方舱控制电路。接着,针对低温环境储能方舱的工作场景,本文设计了低温环境储能方舱的5种工作模式。最后,本文基于工作模式、控制界面编写了可用于低温环境储能方舱原型机的控制算法。

摘要： 当前,磷酸铁锂电池在新能源造车领域强势“复出”,但想要走得更远,仍需补足短板。在2021年第三季度报告会上,特斯拉宣布,未来全球标准续航升级版的Model 3和标准续航版的Model Y将以磷酸铁锂电池取代三元锂电池。又一新能源造车巨头的加入,让磷酸铁锂电池在新能源造车领域的“复出”道路上迈出了坚实一步。

关键词： 废旧磷酸铁锂电池回收   高压静电分选技术   静电极电压   接地转辊转速  

摘要： 现今,随着新能源电动汽车的快速发展,动力锂电池的需求也在迅速增长。当第一轮动力锂电池到达使用寿命极限时,如果没有进行有效地回收处理,不仅会产生大量废旧动力锂电池,更会对环境造成一定的污染,同时也是对资源的浪费。近年来,废旧锂电池的回收再利用研究依旧是资源利用领域的热点问题。在废旧锂电池的回收再利用过程中,亟需一种环境污染小、分选成本低以及分选效果好的分选回收方法。高压静电分选技术是一种采用纯物理法且绿色高效的固体废弃物资源化回收分选方法,避免了回收过程中的环境性问题。本文以废旧磷酸铁锂电池为研究对象,提出使用高压静电分选的方法分离回收废旧磷酸铁锂电池中的铝片和铜片。使用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件对高压静电分选机中的空间电场强度分布进行模拟,并基于废旧磷酸铁锂电池破碎产物建立了颗粒脱离前的数学模型。研究了颗粒粒径、静电极电压、接地转辊转速等分选参数对颗粒脱离顺序与脱离角的影响。采用微元迭代法建立了破碎产物在高压静电场中脱离后的运动学模型,对颗粒的飞跃距离与分选效果进行预测。最后设计高压静电分选实验验证模型的有效性与准确性。模拟仿真与实验结果表明,在0.2～1.5mm粒径范围内,分选效果与破碎产物粒径呈负相关关系,且静电极电压对分选效果的影响大于接地转辊转速,当静电极电压为25～30k V、接地转辊转速为55～60r/min时,分选效果和分选率达到最大。

关键词： 磷酸铁   低成本   液相沉淀   转化沉淀  

摘要： 近年来,具有高能量密度的锂离子电池（LIB）被广泛应用于便携式电子设备,电动汽车（EV）和电网储能等领域。锂离子电池中具有橄榄石结构的磷酸铁锂正极材料因其环境友好、安全、循环寿命长等优点受到广泛关注。但磷酸铁锂正极材料的规模化应用被低电子电导率、离子导电率以及绿色制备所限制。本文从片状形貌FePO4·2H2O的高效合成工艺出发,开发磷酸铁前驱体的合成新途径。通过优化前驱体的一次颗粒形貌及粒径改善磷酸铁锂正极材料性能。具体研究结果如下:以铁粉为铁源,采用短流程液相沉淀法合成了FePO4·2H2O,合成过程中不生成有害气体,过量磷酸回收循环利用,不产生废水,具有对环境友好的特点。通过改变合成过程中磷酸的用量,研究对合成材料结构,形貌,电化学性能的影响。结果表明,加入理论量3倍的磷酸制备的磷酸铁具有分散的薄片层状形貌,一次颗粒粒径均匀。以该材料制备的LiFePO4/C材料延续了磷酸铁形貌,有优化的电化学性能。该材料在1 C倍率下放电比容量达到了149 m Ah/g,循环200圈容量保持率为98.9%。为了进一步降低成本,选用更加廉价的磁铁矿为铁源。研究表明,采用Na OH进行预除杂,Si、Al除杂率为93.01%及53.3%。通过检测手段对比不同合成工艺,确定了转化沉淀合成路线。研究发现,通过转化沉淀法制备了片状形貌磷酸铁,其中磷酸铁成品中的Si、Al、Ca、Mg杂质离子除去率为97.73%、79.33%、93.24%、95.10%,杂质对制备的磷酸铁结构没有显著影响,同时,通过收集滤液中磷酸进行循环利用,探究了磷酸回收循环利用流程的可行性,同时完善了合成工艺,合成的LiFePO4/C材料具有纳米级的一次颗粒,表现出优异的电化学性能,在1 C倍率下放电比容量达到了141.6 m Ah/g。选择含铁氧化锌萃余液,探索采用磷酸铁沉淀法去除氧化锌萃余液中铁离子的无渣化新路线,提高了铁元素的利用价值。为了降低杂质含量,提高铁离子利用率,设计了一种p H调控的转化合成工艺。磷酸铁中Zn含量为4200 ppm,S含量仅为27 ppm,铁离子利用率达到99.23%,同时对比了不同烧结温度对合成的LiFePO4/C材料的影响,研究发现当烧结温度过低将导致一次颗粒结晶不完整,晶界不明显;温度过高会使一次颗粒长大,不利于锂离子扩散,当烧结温度为650℃时材料具有最小的分散颗粒,表现出最佳的电化学性能,在1 C倍率下放电比容量达到了126 m Ah/g。图38幅,表10个,参考文献108篇

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂正极材料   锂离子电池回收   电化学活化   碳热还原法  

摘要： 磷酸铁锂材料因其稳定性好、安全性高、耐高温等诸多优点被广泛应用于动力电池领域,并逐步占据大量市场份额。但随之而来的是越来越多的动力电池即将进入报废行列,市场上积压着大量亟待处理的废旧磷酸铁锂电池,若对其放任不管将会造成巨大的环境污染。同时,伴随全球锂消耗量逐年递增,锂盐价格不断攀升,对于锂离子电池的回收刻不容缓。目前对于废旧动力电池的回收多以湿法冶金为主,但该法对于不含贵金属的磷酸铁锂而言经济效益较低且易产生二次污染。为了精简回收步骤,提高回收速率,降低回收成本,本论文通过碳热还原法对废旧磷酸铁锂材料进行再生,并在后续实验中通过优化化成工艺及电化学修复等方式进一步提升其性能。本论文对热处理、冷激处理、有机溶剂浸泡超声处理三种处理方式的极片剥离效果进行对比。然后对预处理阶段的温度条件进行探究,测试结果表明在空气氛围800℃下保温2 h能够有效减少材料中粘结剂、残碳等杂质,并将其氧化为含有Fe3+的化合物,以便于后续碳热还原反应的进行。接着对预处理后的正极材料进行ICP测试以确定材料的锂损失量,为后续实验提供数据基础。接下来本论文通过碳热还原法对废旧磷酸铁锂材料进行再生,在此过程中探究反应温度、锂补充量、还原剂添加量等因素对碳热还原再生材料的结构及电化学性能的影响。最终得出的最佳工艺条件为:向废旧材料中添加10 w%（以预处理材料为基数）的蔗糖作为还原剂,以碳酸锂作为锂补充材料对Li、Fe、P元素配进行调整。以该法再生的磷酸铁锂作为正极的锂离子电池首圈放电比容量高达141.5 m Ah g-1,900圈循环后的容量保持率为91.46%。为了进一步提升磷酸铁锂电池的电化学性能降低容量损失,本论文对电流密度、圈数、化成容量等因素进行探究,得到了一套行之有效的化成参数:以0.05 C恒流充电至理论放电量的40%后0.1 C恒流充电至3.8 V,之后0.1 C恒流放电至2.2 V。化成结束后0.1 C恒流充放电1圈,0.4 C恒流充放电8圈,之后进行充放电循环测试。同时,对于进行500圈循环后的磷酸铁锂材料,采用电化学修复的方式能够将其放电比容量恢复至其比容量的119.10%。

关键词： 废旧磷酸铁锂电池   破碎   浸出   净化除杂   磷酸二氢锂  

摘要： 随着新能源汽车领域的快速发展,磷酸铁锂电池的使用量与日俱增,导致其报废量也不断增大。对其进行合理的回收处理,是实现资源综合利用和环境保护的必要手段。目前,废旧磷酸铁锂电池回收技术大多存在回收流程长、操作复杂及能耗高等问题,亟需一种高效、短流程、低能耗的方法来进行废旧磷酸铁锂电池的资源化回收。为此,本论文提出高效-短程-低耗的的技术工艺来实现大规模回收磷酸铁锂电池并获得高附加值产品,以此进一步推动废旧磷酸铁锂电池的绿色、高效回收进程。主要结论如下:(1)废旧磷酸铁锂电池经破碎筛分后的结果表明,<0.300 mm的物料占63.346%,该部分物料的主要成分为Li Fe PO及少量的铜箔和铝箔,电池中74.94%的锂富集在该粒级,因此,选择<0.300 mm的物料进行磷酸-过氧化氢体系浸出,然后净化除杂锂富集液回收有价金属Li。(2)有机萃取和水解沉淀对锂富集液净化除杂实验的结果表明,采用水解除杂的效果更优,最佳的净化除杂条件是p H=6,T=20℃,采用0.1 g/m L的Li OH水解除杂30 min。杂质Al、Fe和Cu的去除率分别为100%、100%和82.61%,Li的损失率为53.541%。该净化液经蒸发浓缩制得磷酸二氢锂粉末,粉体颗粒规整呈片状结构,后续可尝试用于锂离子电池材料磷酸铁锂的制造中。(3)从废旧磷酸铁锂电池中,以HPO-HO体系浸出—Li OH水解除杂—蒸发浓缩工艺制得磷酸二氢锂,工艺流程简短,能耗低,为废旧磷酸铁锂电池的绿色高效回收提供技术指导。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   导电剂   石墨烯   碳包覆  

摘要： 锂离子电池(LIBs)具有能量密度高,循环寿命长,便携易带等优点被广泛应用于各种储能领域。锂离子电池的性能极大程度取决于其正极材料,磷酸铁锂由于其理论比容量大,循环稳定性好,价格低廉且环保而成为目前商业化使用的锂离子电池主要正极材料之一。但由于磷酸铁锂颗粒之间导电率低,导致电化学性能十分有限。在电极材料之中添加导电剂是提高电极导电性的最有效策略。在众多导电添加剂之中,石墨烯由于其良好的导电率、独特的分子结构而受到研究者们的广泛关注。然而传统的石墨烯存在制备工艺复杂、生产成本高,其次在高电流密度下的空间位阻障碍,限制了其在锂离子电池领域的发展。鉴于此,本文通过优化工艺,制备了液相剥离石墨烯(LG),通过使用石墨烯复合导电剂和对磷酸铁锂进行碳包覆进而探究其对锂离子电池容量以及倍率性能的影响。具体研究成果如下:首先,通过液相剥离法成功合成石墨烯,其平面尺寸主要分布在200-400 nm,层数主要为少数几层。将石墨烯单独作为磷酸铁锂正极材料的导电添加剂,其与磷酸铁锂的“点-面”式接触能显著提升“长程”导电,在低倍率下相比商用导电碳黑(SP)能在更少含量下提高电池的容量,10 wt%LG作为导电剂在0.5 C下经过50次循环后显示出155.2 m Ah/g的放电比容量。将石墨烯与碳黑复合作为导电剂能同时兼顾“短程”和“长程”导电提升磷酸铁锂的低倍率和高倍率性能,3wt%SP+7 wt%LG组成的复合导电剂在0.5 C的低倍率下放电比容量高达162.7m Ah/g,经过200圈循环仍能保持93.5%的可逆容量。同时在5 C的高倍率下容量达到98.1 m Ah/g。为进一步提升磷酸铁锂的高倍率性能,通过水热法合成以葡萄糖为碳源的碳包覆磷酸铁锂(C@LFP),并以3 wt%SP+7 wt%LG做导电剂探究不同碳包含量对电池性能的影响。发现碳包后能进一步提升磷酸铁锂颗粒之间的导电性,展现出优异的高倍率性能。碳包含量在7%时电池性能达到最优,在0.5 C的低倍率下经过50次循环后容量保持率接近100%,同时在5 C的高倍率下显示出113.6m Ah/g的放电比容量,经过500圈循环后容量保持率高达90.9%。此材料具有较高的比容量、稳定的循环性能和优异的倍率性能,将对高功率锂离子电池在动力汽车方面提供更多贡献。

关键词： 锂离子电池   扩散应力   压力   测量方法   电化学-力耦合  

摘要： 磷酸铁锂电池因其循环寿命长、高温性能强、安全性高等优点成为主流的动力电池之一。磷酸铁锂电池在充放电的过程中,伴随着锂离子在活性颗粒中的嵌入和迁出,电池体积会发生变化,由此而产生的扩散应力是不可避免的,电池内应力过大会加速电池的老化甚至于导致电极断裂。本文聚焦于磷酸铁锂电池的扩散应力研究,从模型和实验测量两方面研究电池的应力分布,一方面从活性颗粒尺度利用模型进行仿真计算,以降低电池内部的扩散应力;另一方面基于对电池表面压力的测量反应电池状态的变化。本文研究对象为20 Ah磷酸铁锂软包电池,首先建立电化学-力耦合模型,其次对实验电池进行基础性能测量实验,以验证模型的有效性。接着对电极活性颗粒所受的应力进行计算,分析参数变化对应力的影响,为电极材料改进提出建议。最后通过电池充放电过程中表面压力的测量为SOC估计、热失控预警以及析锂的判断做出贡献,论文的研究内容从以下几个方面进行:针对实验电池的电化学-力耦合模型的搭建。基于锂离子电池的伪二维模型,建立了实验电池的电化学模型,基于扩散原理建立力模型,将电化学模型与力模型通过固相锂离子浓度梯度进行耦合,利用COMSOL有限元软件实现耦合模型的建立。针对实验电池的基础性能实验。对电池的电化学性能进行测试,包括不同倍率的恒流充放电实验、动态工况实验,用于验证本文所建模型的有效性;对实验电池在不同充放电倍率、不同外压力、不同位置、不同SOH的条件下的表面压力进行测量,根据实验结果对电池的机械应力特性进行分析。基于电化学-力耦合模型的活性颗粒应力场数值计算。利用耦合模型仿真得到电极颗粒的应力场分布,模拟出放电过程中倍率、颗粒半径、杨氏模量、电极孔隙率的变化对负极颗粒应力的影响,为电极设计提供建议以降低电池的内应力。基于不同条件下电池表面压力的测量反应电池内部状态的变化。对电池表面压力的变化规律和产生机理进行解释,分析SOC与表面压力的耦合关系,压力测量可作为SOC估计的一种辅助方法。在变化的温度下对电池进行充放电,压力变化明显,可将表面压力作为电池热失控的一个预警信号。析锂后的电池压力增长与正常电池明显不同,充电后静置时电池表面压力仍持续增长,此特征可用来做析锂发生的判定条件之一。