关键词： 磷酸铁锂电池   荷电状态估计   膨胀力   数据驱动   双向长短期记忆模型  

摘要： 锂电池的荷电状态(state of charge,SOC)是电池管理系统的重要参数，但其与电池内部复杂的电化学特性高度关联，无法直接测量。近年来，基于数据驱动的方法在SOC估计领域展现了极大的潜力，然而其对输入数据的精确性有较高要求。磷酸铁锂电池因存在电压平台问题，其电压波动和噪声会严重影响SOC估计的精度，本文针对这一问题，通过实验和数据驱动结合的方法，引入电池膨胀力作为新的输入维度，融合电池的电化学特性与机械特性，有效补偿了电压平台问题对SOC估计结果的影响。本研究在4种环境温度和2种动态电流测试工况下进行了实验，利用所得数据对神经网络模型进行训练和测试，以评估SOC估计精度并验证本方法的可行性和普适性。此外，本文还提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory,Bi-LSTM)的混合模型，兼顾序列数据的局部模式与长期依赖关系，进一步提升SOC估计的可靠性。结果表明，本文提出的方法可以显著提高磷酸铁锂电池SOC估计精度，相比未引入膨胀力信号，均方根误差(root-mean-square error,RMSE)平均下降了43.82%。同时，CNNBiLSTM模型相比其他常规神经网络模型，RMSE最多降低了53.88%。本研究为高精度SOC估计提供了新的思路，对提升电池管理系统的性能具有重要意义。

关键词： 磷酸铁锂   正极材料   碳包覆   杂原子掺杂  

摘要： 磷酸铁锂(LiFePO4)因其低生产成本、环境友好、热稳定性和高安全性，成为当前市场主流的正极材料。在电池技术开发中，碳包覆技术被广泛用于提高电极材料的导电性和倍率性能。然而，这一技术在实际应用中仍面临一些挑战，包括碳包覆不均匀、碳含量过高以及碳包覆层的结构不稳定引起的能量密度和循环寿命下降。实验和理论研究的结果表明，在碳基材料的晶格中掺杂杂原子是一种有效的解决方案。杂原子通过调节碳层的电子结构增强电极的导电性，提高碳材料的石墨化程度来增强其化学稳定性。此外，杂原子的引入还能够抑制LiFePO4颗粒的团聚与生长，从而改善碳包覆层的结构稳定性。在提升电化学性能的同时，有效减少了碳层对电极体积的占用，满足了能量密度的需求。本文综述了近年来关于杂原子掺杂碳包覆LiFePO4的研究进展，详细总结了单原子、双原子及多原子掺杂碳包覆LiFePO4的改性效果，指出了存在的问题并提出了未来的研究趋势。

关键词： 磷酸铁锂电池   正极材料   氢氧化锂   氯化锂   合成原料   废电池   环保技术   碳酸锂  

摘要： 据报道,韩国原子能研究院中子科学部金亨燮博士研究组开发出一种环保技术,可从磷酸铁锂电池中重新提取锂。研究组通过分解磷酸铁锂废电池产生粉末形态的正极材料,将其与氯气在200℃下反应10min,以氯化锂的形式提取锂。氯化锂通过现有的商用化转换工程,可转换成碳酸锂或氢氧化锂,并再次用作新磷酸铁锂电池正极材料的合成原料。如果用传统的酸性溶液处理方法,正极材料中的磷酸铁中会因结构受损而无法回收利用,但在新技术中几乎没有损伤.

关键词： 储能   磷酸铁锂   液冷电池PACK   能量效率  

摘要： 研究了液冷储能电池PACK充放电能量效率的影响因素,在0.5P恒功率充放电条件下,测试结果表明,随着冷水机自动制冷温度的上升,能量效率逐渐提高,但电池末期压差同时增大,能量效率提升趋于平缓,冷水机的最优自动制冷温度约为24℃。随着电池单体初始平均温度的升高,能量效率呈现先增后降的趋势,最佳初始温度为29℃。电池在充放电的中间阶段电压差变化较小,在充放电的两端电压差急剧增大,导致电池的内阻极化加剧,从而导致在充放电后期能量效率显著降低,因此缩小充放电电压区间能够有效提高能量效率。

关键词： 磷酸铁锂   改性   电池   发电性能   正极材料  

摘要： 磷酸铁正极材料具有成本低、比容量大和循环寿命长等优点,但其放电能力相对较差。基于此,研究利用微波法制备改性材料,以碳酸锂和磷酸铁作为原料,葡萄糖等作为碳源和还原剂,通过掺杂金属离子对该材料进行改性处理。实验结果表明,改性后的材料在微波温度为700℃情况下反应更加充分,且相较于3种金属离子共掺杂的改性方法,双掺w(钛离子)=0.5%、w(锰离子)=1%的金属离子改性方法的比容量保持率和放电性能更佳。研究结果能够为新能源电池行业的电池性能优化提供新的思路。

关键词： 大容量   热失控   磷酸铁锂软包电池   残骸特征   产气  

摘要： 本研究以100Ah磷酸铁锂软包电池为研究对象,通过侧面加热触发热失控,借助工业计算机断层扫描(CT)、扫描电子显微技术(SEM)、气相色谱仪(GC)等表征测试手段,系统分析了40%、60%、80%、100%SOC下电池的热失控特性和产气变化规律。结果表明,电池热失控的过热触发可细分为四个阶段:过热温度升高、副反应膨胀产气、隔膜收缩与破裂冒烟、热失控引起剧烈温升和产气。进一步计算了产热能量,发现100%、80%、60%、40%SOC电池的峰值产热率分别达到140.34、115.44、14.76和3.91 kW,且100%SOC时释放的能量相当于104.63 g三硝基甲苯(TNT)的能量,破坏半径达到5.90 m,相比40%SOC的危险性提升了64.3%。对热失控后电池材料表征发现,正极磷酸铁锂材料从方块状转变为团聚的不规则球状,负极石墨结构则从层状转变为团聚的球形颗粒,这归因于内部副反应的加剧。通过对比产气特性发现,SOC的增加导致电池产H2量增加,CO_(2)量下降,各SOC下电池产气的爆炸风险均高于普通烃类气体,爆炸上限呈现先下降后上升的变化趋势。本研究结果对后续储能系统的安全设计提供了理论依据和实践指导。

关键词： 磷酸铁锂电池   热失控产物   爆炸下限   Le Chatelier定律   绝热火焰温度  

摘要： 为准确预测磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸下限,在密闭压力容器内开展了磷酸铁锂电池热失控实验,结合热失控特性和气相色谱-质谱联用技术,计算了热失控产物气体组分,基于能量守恒方程和绝热火焰温度,建立了磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限的预测模型,并验证了绝热火焰温度法、Le Chatelier法和Jones法的准确性,考察了电解液蒸气对热失控产物爆炸下限的影响。结果表明,常温下采用Le Chatelier法计算得到的爆炸下限偏差最小,为1.14%;采用绝热火焰温度法计算结果偏差最大,为10.02%。在60%~100%荷电状态(state of charge, SOC)范围内,磷酸铁锂电池热失控气体的爆炸下限先升后降。当热失控产物考虑电解液蒸气时,60%SOC磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限仅为3.93%,较未考虑电解液蒸气热失控气体的爆炸下限降低了22.49%,这说明电解液蒸气提高了磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸风险。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   荷电状态(SOC)   搁置   分容工艺   循环性能  

摘要： 以不同荷电状态(SOC)的138210叠片软包装磷酸铁锂锂离子电池为研究对象,对比测试电池搁置后的参数变化,研究搁置过程中的产气问题。改进分容工艺,以0.01 C回充到3.22 V下线时,在60℃下搁置90 d后,电池体积仅增加7.0 cm^(3),低于基准组样品34.9 cm^(3)的增加量;样品的高温荷电性能良好,容量恢复率为95.9%;通过SEM及电化学阻抗谱(EIS)分析发现,分容改进样品的石墨负极界面良好,无粘连现象,表面光滑无脱落小颗粒,阻抗亦无明显增加,在25℃下,电池以0.50 C充电至3.65 V、1.00 C放电至2.50 V循环400次,容量保持率为95.3%,高于基准组的83.1%。

关键词： 磷酸铁锂   非对称特性   等效电路模型   SOC估计  

摘要： 磷酸铁锂(LFP)电池因其开路电压(OCV)随荷电状态(SOC)变化平坦且存在极大的迟滞电压,对电池各种状态估计带来了巨大挑战。为进一步提升LFP电池的SOC估计精度,文章创造性地提出了一种充放电非对称的LFP电池等效电路建模方法,考虑了充放电过程中非对称的迟滞与极化特性。同时,对建立的等效电路模型进行了参数辨识,并采用全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况结合扩展卡尔曼滤波(EKF)的SOC估计方法对所建模型的精度和可靠性进行了评估验证。结果表明,在WLTC工况电量消耗(CD)模式下SOC估计的最大误差小于1.5%,当进入电量保持(CS)模式后,SOC估计误差逐渐减小至0.5%以内。在引入SOC误差的情况下能快速修正,表现出很好的稳定性和预测性。

关键词： 磷酸铁锂电池   热失控   储能柜   烟气扩散   预警   仿真  

摘要： 研究锂电池热失控过程,及早地发出热失控预警,是保障储能系统安全的重要措施。然而,目前的锂电池热失控烟气预警研究大多数停留在理论方法上,较少结合应用场景探究预警方法的实用性与可靠性。本文通过搭建实验台探究在储能柜和电池包场景下,磷酸铁锂电池过充至热失控时的温度变化与储能柜内烟气浓度变化的关系,比较储能柜内不同工业用烟气传感器对锂电池热失控预警的有效性。实验结果表明:在将传感器安放在储能柜顶部并且使防水透气阀上的透气孔正对着传感器的条件下,安全阀打开后,烟雾和气体传感器依次检测到数值;其中烟雾传感器反应最灵敏,能够在安全阀刚打开时发出预警信号;烃类气体传感器能够较准确地反应出锂电池热失控时刻。之后通过Ansys Fluent模拟电池包内锂电池安全阀打开后,气体烟雾在储能柜中的扩散情况。仿真结果表明:烟雾与气体的扩散过程主要受气体动量以及防水透气阀壳体上透气孔位置的影响;储能柜顶部位置可以及时准确地检测到逸散出的气体烟雾。本文研究成果可为储能柜中锂电池热失控预警策略以及气体烟雾传感器的位置选择提供指导。