关键词： 磷酸铁锂   冷等静压烧结   电导率   放电等离子烧结   直流和交流  

摘要： 磷酸铁锂（LiFePO4）因具有良好的循环性能、高的理论比容量（～170 m Ah/g）、热稳定性能好等优点,在锂离子电池正极材料中占有不可取代的地位。同时,LiFePO4的成份环保的并且不含稀土使其成本低廉,被认为是最早的商业阴极材料之一。然而,低电子电导率(10-9 S/cm)和低锂离子扩散系数(10-3～10-6 cm2/s)造成其倍率性能不佳,严重制约其在大功率锂离子电池中的应用,同时限制了在固态锂离子电池中的发展。本文针对以上LiFePO4电导率低的问题,研究了不同烧结工艺对LiFePO4阴极材料性能的影响。为了克服层（例如阳极,电解质和阴极）之间的有害相互扩散,考虑了快速（例如加热速率100℃/min）加工技术,例如火花等离子体烧结（SPS）和低温加工技术,例如冷烧结过程（CSP）。我们报道了新颖的冷烧结技术(例如,冷烧结工艺（CSP）和冷静压烧结（CIS）),以制造致密的LiFePO4（LFP）阴极。本文以高纯磷酸铁锂（LiFePO4）阴极粉末为原材料,研究了不同的加工设置和溶剂(H2O,0.1M LiOH,乙醇,二甲基亚砜（DMSO）)对磷酸铁锂烧结的影响。所以首先在压力400 MPa下,研究了相同体积浓度下,不同溶液对LFP阴极性能的影响。其次,使用文献中相同的冷烧结工艺作为对照。我们的分析合理地解释了瞬态液相烧结过程中液体与颗粒之间复杂的机械化学相互作用（即完全溶解与不完全溶解）。XRD,SEM和FTIR结果证实在400 MPa下和10 vol.%的DMSO使用冷静压烧结了结晶且分布均匀的LiFePO4颗粒。此外,样品的电化学交流阻抗（EIS）结果表明,在400 MPa下和10 vol.%的DMSO使用冷等静压制备的材料可以达到高达1.9×10-3 S/cm和1.2×10-4 S/cm的离子和电子电导率,它们优于使用单轴冷烧结工艺生产的样品的基准值。此外,使用CIS后的商用LFP薄膜被组装成液态半电池,在1C下,后者比不使用CIS的电池显示出更好的电化学性能,具有高比容量（～122 m Ah/g和～238 m Ah/cm3）,并且具有更高的容量保持率。除此之外,烧结的LFP液态电池的1C,2C,5C循环测试中观察到了良好的速率性能。在冷等静压烧结过程中,DMSO增强了离子的溶解,从而防止了不适当的溶解和水解形成的不希望的第二相,该第二相是离子传导的阻碍。与传统的烧成相比,不进行加热就可以用一部分能量来制造LFP阴极。此外,本文考虑到在电火花放电等离子烧结（SPS）中可能的电化学效应和锂离子迁移/非阻塞效应,我们提出了放电等离子烧结对LiFePO4在烧结过程中使用交流（AC）和直流（DC）的比较。使用阻抗谱,ICP-AES和XPS验证了使用DC量化了Li离子迁移的假设。在DC-SPS烧结期间,在阴极和阳极附近观察到锂离子浓度梯度。这种电极效应是由于降低了用于锂离子迁移的活化能而导致的,这导致LFP样品断裂。LFP的火花等离子体烧结具有电化学性能。在还原性气氛中,材料将在DC脉冲电场的作用下经历部分还原过程。这种部分减少改变了材料的电性能并刺激了电子传导性。使用交流电场可以有效地抑制不希望的锂离子迁移,并实现高的离子电导率(～4.5×10-3 S/cm),这比在直流电场下处理的样品高出一个数量级。另外,使用交流电的LFP颗粒的高离子和电子导电性以及完整性可以为固态电池的组装提供可靠性。直流和交流之间的比较表明,在直流烧结过程中需要考虑快速加热效应的末端电极效应。

ISBN: (纸本)9787519851026

关键词： 钛酸锂电池   磷酸铁锂   破碎分选  

摘要： 专利申请号:CN201811222624.2公开号:CN109524735B申请日:2018.10.19公开日:2021.01.01申请人:合肥国轩高科动力能源有限公司本发明公开了一种废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收方法,废旧磷酸铁锂-钛酸锂电池进行放电和破碎分选后,其中的正负极混料进行高温氧化、制浆、过滤、浓缩、水解、沉淀后得到偏钛酸和硫酸锂溶液。本发明实现了磷酸铁锂-钛酸锂电池中正负极粉料的同时回收,降低了电池破碎分选过程中分离正负极混料的难度,降低了正负极粉料同时回收过程中无机酸的消耗,简化回收工艺,提高溶液中Li离子的浓度,实现了磷酸铁锂-钛酸锂电池正负极粉料中有价金属的回收,提高了所得产品的纯度。

关键词： 磷酸铁锂   石墨烯   碳包覆   锂离子电池   杂原子掺杂   大倍率性能  

摘要： 锂离子电池已经应用于几乎所有的数码3C产品和部分新能源交通工具中,是促进能源转型的中坚力量。锂离子电池正极材料决定了电池的放电容量、使用寿命和成本,自磷酸铁锂（LFP）进入市场后,其导电性差、锂离子迁移速率低等缺陷制约了它的发展。本文针对磷酸铁锂的缺点,首先探究表面活性剂对其形貌及电化学性能的影响,并优化了碳包覆的方法;将磷酸铁锂原位生长在石墨烯上后进行碳包覆改善导电性以提高大倍率性能;在氮元素掺杂的石墨烯上进行磷酸铁锂原位生长,探究氮元素掺杂的影响,并将最优的材料与商业的磷酸铁锂进行对比,具体研究内容如下:（1）采用水热法与N2氛围下高温煅烧相结合的方法制备磷酸铁锂正极材料,探究了不同SDS添加量对形貌和电化学性能的影响:随着SDS添加量的增加,XRD峰强度下降,在SDS添加量为2.5wt%时电化学性能最佳。随后探究乙二醇（EG）添加量对磷酸铁锂电极材料的影响,发现乙二醇在水热的过程中可以阻止颗粒过度增长和团聚,起到液体表面活性剂的作用,随着乙二醇量增多,颗粒变小变薄,结晶度下降。在乙二醇添加量为10ml（14.3vol%）时,倍率循环性能最好。在这个基础上,进行球磨和湿沉积碳包覆,结果表明湿沉积包覆的包覆效果更加明显,颗粒更小,充放电平台更长,这种方法得到的材料（C@LFP）结构更加稳定。经过湿沉积碳包覆后,循环性能和倍率性能都有提高,0.2C的容量为150.2m Ah/g,循环50圈后容量保留率为102%,在5C下的放电比容量为68.5m Ah/g。经过碳包覆后,电阻减小,极化程度减小,充放电过程中磷酸铁锂的结构可逆性有很大的提高。（2）在还原氧化石墨烯（RGO）上原位生长磷酸铁锂:未进行碳包覆的石墨烯基磷酸铁锂（LFP+RGO）放电比容量仅有40m Ah/g左右,需要进行碳包覆保护。用乙二醇做分散剂,以氧化石墨烯（GO）负载C@LFP,经水热还原,制备得到C@LFP+RGO（EG）正极材料,其大倍率性能有了很大的提升,在10C下的容量为93.3m Ah/g。在上述过程中,加入抗坏血酸进一步还原氧化石墨烯,制备出的高导电率的C@LFP+RGO（EGL）电阻进一步减小,锂离子迁移速率提高了七倍。10C下的放电比容量为103.3m Ah/g,相比于C@LFP+RGO（EG）提高了约10%,循环50圈后的容量保留率为94.7%,比未添加抗坏血酸的材料有了大幅度提升。（3）对上述制备出的C@LFP+RGO（EGL）进行不同含量的氮元素掺杂,使用三聚氰胺作为氮源。成功地实现了RGO上的氮掺杂,制备得到C@LFP+NRGO（EGL）。SEM、TEM结果表明,氮元素的加入使粒子出现凹凸不平处,随着掺杂量的增加,表面坑洼处也增多。最优的氮掺杂量为2wt%,它在10C条件下比容量达到了130m Ah/g左右,不同倍率下循环60圈后容量保留率为98.8%。锂离子迁移率相比于未掺杂的C@LFP+RGO（EGL）提高了27倍。但在100圈后,电阻增长和锂离子迁移速率降低都十分明显,这也为进一步改进提供了方向。将C@LFP+2wt%NRGO（EGL）与商业的磷酸铁锂做对比,在小倍率条件下,商业磷酸铁锂的放电比容量很高,但大倍率条件下的容量衰减比较严重,C@LFP+2wt%NRGO（EGL）的大倍率性能更好。

关键词： 磷酸铁锂电池   冷板设计   液体冷却   液体与复合相变材料耦合冷却  

摘要： 科学技术的发展加速了世界现代化的进程,在发展过程中伴随着能源消耗与环境污染,我国为了实现可持续发展战略目标,在汽车领域大力推动新能源汽车的发展。对于新能源汽车而言,混合动力与纯电动汽车占主体部分,其中动力电池作为它们的核心部件备受人们关注,而温度是影响锂电池性能的关键因素,温度超出电池工作范围会发生电路短路,从而引起热失控、自燃等安全隐患。因此设计一套电池热管理系统至关重要。本文首先根据现阶段国内外电池热管理发展现状及趋势,磷酸铁锂方形电池的热特性及工作原理,对锂电池及电池组的散热管理进行了数值模拟与实验研究。通过实验研究了不同环境与不同放电倍率条件下的锂离子电池表面温度变化,运用实验数据得出产热公式并计算电池产热量。实验研究了在不同入口质量流量下基础液冷板对电池表面温度变化趋势,并通过仿真模拟进行验证,结果表明实验与模拟得出的数据误差不超过6%,说明模拟结果准确,可靠性好。其次研究了液冷板通道布置形式、进出口数量、冷却液入口质量流量对电池散热性能的影响,其中引用电池温度综合性能评价(PEC)选取最优工况。对第一、二、三阶梯的通道数量及第一、二阶梯通道高度,第一、二、三阶梯通道宽度、通道厚度、进出口通道宽度分别进行了正交设计实验。结果表明最优工况与初始工况相比,电池最高温度降低了21.95℃(35.98%),平均温度降低了22.04℃(37.6%),压力损失降低了18.66Pa(81.3%)。讨论了冷却液流向、电池放电倍率对液冷电池组散热性能影响,结果表明所有冷却液流动方向一致的电池组散热性能最好且随着电池放电倍率的增大,电池温升趋势变缓,说明该液冷电池组在高放电倍率下的散热效果好。最后研究了膨胀石墨(EG)/石蜡(PW)复合相变材料的配比、厚度对电池组散热性能的影响,结果表明12%EG/88%PW复合相变材料厚度为4mm的散热效果最佳。对比了复合相变材料冷却、液体冷却、液体与复合相变材料耦合冷却对电池组散热性能影响,结果表明在常温环境下液体冷却效果最好,液体与复合相变材料耦合冷却次之。针对液体冷却、液体与复合相变材料耦合冷却研讨论了不同入口质量与不同环境温度对电池组散热性能影响,结果表明在高温环境下,冷却液入口质量流量最小的液体与复合相变材料耦合冷却的电池组散热效果最好。

关键词： 极端低温环境   磷酸铁锂电池   放电容量   能量管理   粒子群算法  

摘要： 本文是在科技部重点研发计划“极地环境观测/探测技术与装备研发”(项目编号:2016YFC1400300)的资助下,针对南极台站式科考装备多能综合供电系统进行的应用型研究。南极生态系统作为地球生态圈重要的一部分,其气候状况会直接影响全球的大洋环流、大气环流和气候变化。所以,南极的气候动态对全球的气候变化情况影响较为明显,国内外科学家因此加大了对南极环境的监测力度。然而除卫星遥感监测外,绝大多数南极现场的台站式科考装备的长时间供电仍是难题。本文针对南极台站式科考装备的多能综合供电系统能量管理进行研究,以解决南极极端环境条件下科考装备的能源供应问题。本课题针对南极地区特殊的地理位置与气候环境,以南极台站式科考装备多能综合供电系统能量管理研究为内容,确保科考装备在极端环境下能持续工作。而作为整个供电系统的储能装置—蓄电池,在南极极端低温的环境下性能变差,放电容量无法估计。所以本文重点研究蓄电池的低温性能与其放电容量估计,以及对整个供电系统的能量管理进行研究。具体工作如下:首先,本文提出了南极台站式科考装备以风-光-柴-蓄为主的多能综合供电系统的设计方案与结构,对风力发电机、光伏电池、柴油发电机的工作原理、蓄电池的性能参数、风力发电机与光伏电池板的数学模型进行了研究。基于科考装备需求和南极极端环境对上述设备进行了选型,为后续工作奠定基础。其次,研究了磷酸铁锂电池的工作原理和影响其低温性能的因素。使用选定的磷酸铁锂电池在不同等级温度下进行充放电实验。通过低温充电实验发现磷酸铁锂电池在低温环境中使用小电流充电时充电效果更好。通过低温放电试验获取磷酸铁锂电池的低温放电容量与端电压的相关关系:随着温度的降低,磷酸铁锂电池的放电容量会随之减小。在20℃、10℃、0℃、-10℃、-20℃、-30℃、-40℃、-50℃以标称电流3A对磷酸铁锂电池放电,放电容量分别为标称容量的93%、86%、81%、78%、70%、64%、32%以及24%。通过对磷酸铁锂电池放电容量与开路电压的相关性进行分析,提出了磷酸铁锂电池低温下的放电容量估计方法。再次,根据蓄电池的低温试验,提出了蓄电池的加热策略。然后对南极台站式科考装备多能综合供电系统的能量管理策略进行了设计:给出了系统实时跟踪负载功率对风光互补发电系统、柴油发电机、蓄电池进行能量调度的控制策略,使供电系统可以实现对负载的可靠供电。并且针对系统能量管理策略中的风光功率的优化控制采用粒子群算法进行了最优求解,控制风力发电机、光伏电池的输出功率,使供电系统功率平衡,满足能量管理原则。最后使用新能源发电仿真实验平台对本课题的能量管理策略进行实验验证。由实验结果可知,在南极极昼、极夜的环境下,本文提出的能量管理策略可以满足不同工况下的负载需求,可以实现能量的实时调度。

关键词： 锂离子电池组   等效电路模型   状态估计   均衡策略   变量融合  

摘要： 随着全球经济快速发展,能源短缺和环境保护问题日益突出。由于传统燃油车采用化石燃料,存在尾气排放和不可持续发展等问题,电动汽车因更节能环保得到快速发展。为保证电动汽车在复杂路况和环境下高效稳定地工作,作为其关键部件的电池管理系统至关重要。为了满足电动汽车高电压和大功率需求,电池组需要成千上百的单体串并联组成,单体制造过程和使用环境等差异,导致单体间不一致难以避免。随着电池组循环次数累积,逐步扩大的不一致性将极大影响成组后的可用容量、使用寿命等性能,为改善电池间不一致,提高电池组整体性能,均衡系统必不可少。均衡系统又需要根据组内单体SOC状态制定正确的均衡策略,因此电池组单体SOC估计及均衡系统成为研究重点。针对现有研究存在电池组内单体SOC不一致估计算法复杂、精度低和电池组均衡策略性能差等问题,本文研究了基于电池组模型的SOC不一致估计方法,并提出基于变量融合的均衡策略。具体研究工作包括:首先,概述了动力电池和电池管理系统的研究背景及意义,总结电池组建模、SOC估计的基本方法及电池组均衡系统,包括硬件电路和均衡策略的国内外研究现状及存在问题。其次,概述电池单体的等效电路模型,并介绍电池实验和电池数据。建立多单体电池组模型,辨识模型参数,并验证模型精度。为实现电池组内SOC的准确估计,并降低复杂度,本文针对磷酸铁锂电池组,研究电池组不一致性及电池组模型,根据辨识的参数搭建电池组Simulink仿真模型,并提出串联电池组SOC不一致估计方法。再次,基于建立的电池组模型,在Simulink中利用Simscape创建基于电器元件的电池组模型及基于反激式变压器的均衡系统,进行底层均衡策略的研究,验证了底层均衡策略占空比控制方法的可行性。最后,按照均衡变量、均衡目标和均衡算法多维度讨论均衡策略,考虑到磷酸铁锂电池存在较长电压平台的特性,将SOC分段处理,同时考虑电池特性受充放电电流的影响。综上,本文将电池组SOC和充放电倍率作为输入,提出基于模糊控制融合单体电压和SOC的均衡策略,实现两种变量优势的融合,实现电池组高效均衡,既保证了电池组一致性,相比较基于电压均衡策略电池组性能提升4.9%,相比较基于SOC均衡策略电池组均衡效率又提升了14.9%。

关键词： 柔性集流体   石墨烯   磷酸铁锂   锂-硫电池   聚合物电解质  

摘要： 配套用于柔性电子设备的高性能柔性电池广泛地应用于数码产品、可穿戴产品和医疗设备等领域。理想的柔性电池必须能在弯曲,折叠和拉伸下正常工作,还要有足够高的能量和功率密度。柔性锂电池性能由柔性集流体的性能决定。本文采用采用硅烷偶联剂改性的铝箔集流体及抽滤法制备的石墨烯集流体制备了柔性集流体,通过X-射线粉末衍射法、能谱、扫描电镜、接触角测定、剥离强度测试、充放电测试、循环伏安曲线、交流阻抗谱等现代方法对样品的电化学性能及影响电化学性能的关键原因进行了研究,主要结果如下:1.硅烷在适当水解条件下可在铝箔表面形成自组装膜。制备的硅烷膜-铝箔在含HF的电解液中表现较好的抗电化学腐蚀性能。这种自组装硅烷膜-铝箔在凝胶聚合物电解质-磷酸铁锂体系第1循环的放电比容量为135.9 m Ah·g-1,库伦效率为89.9%。在不同倍率电流的连续充放电实验中,其放电容量分别为162.4 m Ah·g-1（0.1C）和142.6 m Ah·g-1（1C）。2.研究了制备的柔性石墨烯集流体和经过500次弯折的柔性石墨烯集流体在磷酸铁锂体系的电化学性能。与铝箔集流体相比较,磷酸铁锂/石墨烯正极在充放电过程表现出更高的放电容量和放电电压平台。在0.1C倍率电流下,磷酸铁锂/石墨烯正极的第1循环的放电容量为165.2 m Ah·g-1,库伦效率为81.8%。在不同0.1C至5C区间倍率电流的连续充放电过程中,磷酸铁锂/石墨烯正极片的第1循环的放电容量分别为168.2 m Ah·g-1（0.1C）和134.8 m Ah·g-1（5C）。在0.1C电流下,经过500次弯折的磷酸铁锂/石墨烯正极的第1循环的放电容量为153.5 m Ah·g-1,库伦效率为85.7%;该体系第200循环的放电容量为121.4 m Ah·g-1,库伦效率为100.1%。在不同电流下连续充放电时,弯折500次的磷酸铁锂/石墨烯正极的第1循环放电容量分别为162.5 m Ah·g-1（0.1C）和27.7 m Ah·g-1（5C）。3.研究了制备的柔性石墨烯集流体和经过500次弯折的柔性石墨烯集流体在硫/碳电池体系的电化学性能。在0.1C倍率电流下,石墨烯基硫/碳正极的第1循环的放电容量为952.5 m Ah·g-1,库伦效率为100%。经过500次弯折的柔性石墨烯基硫/碳正极在0.1C倍率电流下,弯折500次的石墨烯基硫/碳正极的第1循环的放电容量为792.7 m Ah·g-1。在不同电流下,弯折500次的石墨烯基硫/碳正极的第1循环的放电容量分别为864.6 m Ah·g-1（0.1C）和343.9 m Ah·g-1（2C）。

关键词： 铁尾矿   磷酸铁锂   陶粒   地质聚合物   吸附  

摘要： 近年来,随着钢铁工业的快速发展,铁尾矿排放量日益增加。大多数铁尾矿采用直接堆存处理,不仅占用土地,而且易引起环境污染和安全问题。随着资源短缺和环境保护意识的增强,铁尾矿资源化利用引起人们的广泛关注,其中铁尾矿的整体利用是当前国内外研究的热点,同时也是大宗固废减量化和规模化利用的重要方向。 本文以河北承德地区铁尾矿为主要原料,提取其中的有价组分,制备高附加值磷酸铁锂正极材料,提高铁尾矿利用的经济效益;研究铁尾矿制备陶粒和地质聚合物的制备工艺及应用性能,大量消耗铁尾矿,缓解其带来的环境压力。主要研究成果如下: (1)采用硫酸热浸法对铁尾矿中有价元素进行浸出,最优工艺条件下可得到浸出率为58.67%的富Fe浸出液;通过控制溶液pH值进行选择性沉铁得到多元金属掺杂的FePO4·xH2O,以其为前驱体通过碳热还原法制备了 LiFePO4/C正极材料,在0.1C和5C的倍率下其首次放电比容量分别为144.9和115.6 mAh·g-1。 (2)以铁尾矿为主要原料,添加粉煤灰,研究了两种不同用途陶粒的化学成分和烧制工艺。实验显示:400℃预烧40 min,然后1080℃烧制20 min可得到破碎率与磨损率之和为4.25%,盐酸可溶率为0.84%,含泥量为0.59%,空隙率为55.87%,比表面积为0.76 m2·g-1的多孔陶粒,其性能同时满足陶粒滤料行标(CJ/T229-2008)和固废毒性浸出国标(GB5085.3-2007)的要求;1210℃烧制30 min可得到堆积密度为888.20 kg·m-3,表观密度为1907.14 kg·m-3,筒压强度为8.34 MPa,1h吸水率为5.04%的高强陶粒,其性能满足建筑轻集料国标(GBT17431.1-2010)中900级高强陶粒的要求。 利用XRD、SEM和TG-DSC技术研究了陶粒烧制过程的反应机理。结果表明:陶粒密度受原料配比影响较大,其膨胀性取决于高温阶段(T>1000℃)的C与Fe2O3产气反应和矿相熔融反应的共同作用;而强度主要取决于高温熔体形成的钙长石、堇青石和莫来石晶体的数量。 (3)以铁尾矿为主要原料,以偏高岭土为成分校正剂,在NaOH和水玻璃的复合激发剂作用下制备了地质聚合物,考察了氧化物组分对地质聚合物性能和结构的影响。结果显示:激发剂掺量对地质聚合物抗压强度的影响最为显著。最佳工艺为固体原料配比n(SiO2)/n(Al2O3)为3.2、碱激发剂模数n(SiO2)/n(Na2O)为 1.6、激发剂掺量n(Na2O)/n(Al2O3)为0.8、加水量n(H2O)/n(Na2O)为8,此条件下制备的地质聚合物养护28天的抗压强度可达56.60 MPa。SEM和FT-IR分析显示试样的微观结构主要为典型的纳米级球状地质聚合物凝胶。 (4)利用AAS测试技术研究了铁尾矿基地质聚合物对溶液中Cu2+、Zn2+、Cr3+、Ni2+、Pb2+和Cd2+的吸附性能。结果发现,地质聚合物对Pb2+的吸附率最高达99.83%,对Zn2+的吸附率最低只有56.49%。随吸附时间和温度的增加,重金属离子的吸附量和吸附率均增加;随溶液中吸附质初始浓度的增加,重金属离子的吸附量增加,吸附率降低,而吸附剂的影响则相反;当溶液中pH值小于4或NaCl浓度大于3 g·L-1时,溶液中的H+或Na+会与重金属离子竞争吸附剂表面活性位点,导致吸附率下降。 通过吸附动力学、热力学方程和吸附等温模型探索了重金属离子的吸附机理,结果显示地质聚合物对重金属离子的吸附是一个熵增且吸热的自发反应过程;准二阶动力学方程和Langmuir等温模型可以很好地描述重金属离子的吸附过程,各离子均以单层化学吸附为主,其中Cu2+、Zn2+、Cr3+和Ni2+趋向于离子交换的吸附机制,Pb2+和Cd2+则趋向于离子交换和静电吸附的共同作用机制。

关键词： 梯次利用   磷酸铁锂电池   健康状态评价   特征提取   余能估计   故障诊断  

摘要： 针对我国提出的“碳达峰、碳中和”可持续发展目标,电动汽车退役电池的梯次利用作为促进新能源汽车产业蓬勃发展的重要技术支撑,吸引了国内外众多学者越来越多的关注。尽管研究者们已在技术可行性、经济性等方面进行了相关研究,但梯次利用技术仍然处于理论研究阶段,制约其产业化发展的主要瓶颈问题是,退役电池测试时间冗长,单一的健康状态评价依据使得退役电池再成组后的性能一致性差,难以释放电池最大放电能力,这极大的增加了梯次利用的后期使用成本。针对以上问题,本文旨在缩短退役电池性能检测时间的前提下,提供多个可以反映电池健康状态的评价依据,包括退役电池的余能、早期加速衰竭故障状态及以电池负极活性材料、电解液为代表的电池内部健康状态,为电动汽车退役电池梯次利用的进一步研究和实际应用奠定理论基础。首先,由于退役电池车载使用阶段的性能老化路径复杂且目前余能测试多为平稳工况,造成了余能快速准确估计的极大挑战。本文针对退役电池的余能快速估计方法展开研究,在分析退役电池容量损失机理的基础上,建立表征活性锂损失及活性材料损失的容量损失特征。将辨识后的特征参数与支持向量回归(SVR)模型相结合,同时基于容量损失特征在恒流充电下的能观性分析结果,提出一种基于容量损失机理的电动汽车退役电池余能快速估计方法。接下来,考虑在梯次利用中,如果具有早期加速衰竭故障的退役电池未被提前诊断,将在后续梯次利用阶段导致整组电池性能下降,甚至存在热失控等安全隐患。本文针对电动汽车退役电池早期加速衰竭故障诊断方法展开研究,利用增量容量分析技术对加速衰竭故障机理进行分析,构建由加速衰竭故障所引发的电压异常增速现象与加速衰竭故障机理间的唯一关联性,建立用于诊断加速衰竭故障的故障特征,进而提出一种基于电压增速异常特征的早期加速衰竭故障诊断方法。同时,考虑到余能相近的退役电池会由于老化路径的差异而导致电池内部健康状态不一致。本文基于简化的伪二维(P2D)模型,针对电动汽车退役电池的内部健康状态(包括负极活性材料及电解液)诊断方法展开研究。由于P2D模型存在高阶、非线性,及参数耦合等问题,对模型参数的有效在线提取带来了挑战。在分析P2D模型中的液相扩散过程和电解液锂离子浓度守恒理论的基础上,研究反映电解液浓度动态特性的数学表达式。利用帕德近似原理对P2D模型中液相扩散过程和固相扩散过程进行简化,进一步通过数学变化对目标参数的相关机理行为进行数学解耦与简化表征,进而提出利用恒流充电过程诊断电池负极材料及电解液性能变化的方法。最后,搭建电池性能测试平台,对大样本数量的电动汽车退役电池进行性能测试,通过模拟电池在不同典型工况下的工作状态,测试不同老化阶段的运行数据,验证本文所提出的各种特征提取结果和诊断方法的合理性与正确性,为电动汽车退役电池后期应用的进一步调整、优化及实际工程应用提供数据资料和实践经验。