关键词： 磷酸铁锂电池   电化学阻抗谱   等效电路模型   多项式函数   低温环境   SOC  

摘要： 选取磷酸铁锂圆柱形锂离子电池为实验对象,测试其在263、273和283 K低温环境,298 K常温环境和不同荷电状态(SOC)值下的电化学阻抗谱,建立锂电池多项式等效电路模型,对比了传统等效电路和多项式等效电路的拟合性能,结果表明多项式等效电路模型具有良好的性能,八阶多项式函数足以描述SOC对电路参数的非线性影响,为预测不可见SOC的阻抗谱和电路参数奠定了基础。

关键词： 正极材料   前驱体   空气氧化沉淀   氧气氧化沉淀   磷酸铁   磷酸铁锂  

摘要： 以FeSO4·7 H2O和H3PO4为原料,用价格低廉的空气或氧气作为氧化剂,通过氧化沉淀法一步制得结晶态的FePO4·2 H2O。以此为前驱体制得的LiFePO4正极材料具有较好的性能。采用空气氧化时,0.2 C首次充放电比容量分别为153.5和140.8 mAh/g,首次库仑效率为91.7%;采用氧气氧化时,0.2 C首次充放电比容量分别为168.7和153.7 mAh/g,首次库仑效率为91.1%;循环性能和倍率性能还有待改善。用X射线衍射仪和扫描电镜等对两种方法制备的FePO4·2 H2O和LiFePO4的结构和形貌进行表征。用空气或氧气代替双氧水作为氧化剂显著降低了FePO4·2 H2O前驱体的制备成本,具有应用前景,值得深入研究。

关键词： 18650   磷酸铁锂   安全性   大功率   电池  

摘要： 磷酸铁锂电池作为新能源的最为关键的电池,是最为瞩目的新能源电池,文章采用磷酸铁锂为正极材料制成磷酸铁锂18650型电池,电池的容量为1200mAh,电池在不同倍率下的放电性能保持良好的容量,循环寿命可以达到400次以上。极端条件下电池未发生爆炸和起火等不安全事故,说明电池可以用于电动工具和电动汽车中。

关键词： 单轨吊   磷酸铁锂电池   电池管理   电池均衡   Buck-Boost   飞渡电容   复合式分层均衡  

摘要： 在矿用单轨吊磷酸铁锂电池组连续的充放电循环中,各单体电池不一致性会导致电池组整体性能衰减、使用寿命缩短,传统电池组均衡方式均衡时间长、控制策略复杂。针对上述问题,在Buck-Boost均衡电路和飞渡电容均衡电路的基础上,提出了一种复合式分层均衡电路。底层和中间层Buck-Boost均衡电路按照二叉树结构构建,顶层飞渡电容均衡电路实现3个相邻电池组之间任意2个电池组的能量传递,使电池不仅能够在层内进行能量传递以实现相邻电池间均衡,还可在层间进行能量传递以实现非相邻电池间均衡。仿真结果表明,复合式分层均衡电路大大缩短了均衡时间,显著提高了电池电压一致性。

关键词： 5G   C-RAN   汇聚机房   磷酸铁锂电池   BMS  

摘要： 面向5G承载,传输汇聚机房设备功耗倍增,对汇聚机房备电提出了更高的要求。为了解决未来传输汇聚机房备电面临的突出问题,本文从多角度探讨汇聚机房备电设施优化升级的思路,通过多维度比较分析磷酸铁锂电池的综合经济效益优势,充分论证了传输汇聚机房部署磷酸铁锂电池方案的可行性,最后给出了现阶段实施的方案建议。

关键词： 电动汽车   复合型均衡电路   SOC估算   均衡控制   磷酸铁锂电池   主动均衡  

摘要： 锂电池的均衡管理可以提高锂电池的使用寿命和续航里程。针对磷酸铁锂电池串联电池组中,电池组中各个单体电池之间存在电量不一致的问题,提出一种复合式均衡拓扑结构,通过对单体电池之间的电感或电池组间的变压器选择性放电均衡,实现电池组内的各个单体电池的电量均衡,并测量实际的锂电池放电曲线,拟合锂电池开路电压与SOC的曲线。此外,建立了对应的磷酸铁锂电池Simulink模型,使用SOC估算值作为判断均衡的条件,以提高启动或停止均衡子电路的准确性。在Matlab/Simulink的软件仿真下证明,所提出的复合式均衡方案均衡效果良好,易于实现,控制简易。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   石墨烯   组织结构   电化学性能  

摘要： 橄榄石型结构的磷酸铁锂（LiFePO4）因具有放电电压高、循环寿命长、安全性好和成本低廉等优点被认为是锂离子电池中很有潜力的正极材料。但是磷酸铁锂由于其锂离子扩散速率低和电子导电率低的缺点导致其在大电流充放电时性能下降,限制了其作为动力电池的实际应用。离子掺杂可以使磷酸铁锂内部产生晶格畸变,从而改善磷酸铁锂自身的导电性;表面包覆可以改善材料的导电性,同时还能防止Fe2+的氧化。本论文合成了锰、镍离子掺杂的磷酸铁锂复合材料、石墨烯类复合材料和磷酸铁锂/石墨烯类复合材料,探索了离子掺杂和石墨烯包覆对复合材料的结构、形貌和电化学性能等方面的影响。主要研究内容如下:（1）利用水热法制备LiFePO4/C复合材料,研究了不同水热反应温度和时间对LiFePO4/C复合材料结构和电化学性能的影响,确定水热法制备LiFePO4/C的最佳工艺参数。利用水热法制备了Li Fe1-xMnxPO4/C和Li Fe1-xNixPO4/C复合材料,研究了掺杂锰离子和镍离子对磷酸铁锂晶体结构和电化学性能的影响。结果表明适量的锰、镍离子掺杂不会改变磷酸铁锂的晶体结构,但是可以改变晶胞参数和晶胞体积,减小颗粒尺寸,缩短锂离子的扩散路径,从而提高磷酸铁锂的电化学性能。研究表明Li Fe0.98Mn0.02PO4/C在0.1 C下首次放电比容量为156 m Ah·g-1,在5 C倍率下首次放电比容量达到110 m Ah·g-1;Li Fe0.97Ni0.03PO4/C在0.1 C下首次放电比容量为167.8 m Ah·g-1,在10 C倍率下循环200次后容量保持率仍为93.9%。（2）采用Hummer法制备了氧化石墨烯（GO）,通过水热还原法将氧化石墨烯还原为石墨烯（RGO）,并以三聚氰胺为氮源制备了氮掺杂石墨烯和以硫化钠为硫源制备了硫掺杂石墨烯复合材料。通过XRD、SEM、Raman、FTIR和XPS等分析手段对制备的材料进行表征和分析。结果表明引入氮元素和硫元素可以增加石墨烯的缺陷和无序度。（3）采用水热法制备了碳包覆的磷酸铁锂/石墨烯复合材料,并探讨了GO的加入量对复合材料电化学性能的影响,结果表明当GO的添加量为LiFePO4理论生成量的5%时复合材料具有最优异的电化学性能,在0.1 C倍率下放电比容量达到160.8 m Ah·g-1,为理论比容量(170 m Ah·g-1)的94.6%。制备了碳包覆磷酸铁锂/氮掺杂石墨烯和碳包覆磷酸铁锂/硫掺杂石墨烯复合材料,并研究复合材料的结构和电化学性能。结果表明氮、硫掺杂石墨烯包覆的磷酸铁锂对晶体结构没有影响,适量掺杂氮元素和硫元素可以缩小复合材料的晶粒尺寸同时形成导电性更好的三维网状结构。

关键词： 磷酸铁锂电池   热管理系统   温度特性   数值模拟  

摘要： 近年来,环境污染问题和能源消耗问题日益严峻,新能源行业越来越受到社会的关注,电动叉车作为新能源行业的其中之一,在工业上的应用非常广泛。电动叉车通常是以动力电池组作为动力来源,其中锂离子动力电池组以其高能量密度和快速充电模式的特点,逐步代替了电动叉车原本的铅酸蓄电池组。但是锂离子电池对工作温度要求非常严苛,其性能会随工作温度的变化而发生改变。如果温度过高、过低或者电池组内部的温度分布不均匀都会在一定程度上影响电池的工作效率,甚至有可能引发电池自燃或爆炸等安全事故。因此,以锂离子电池为动力的汽车一般都会配备电池组热管理系统,对锂离子电池组的温度进行有效的管控,这对于电池组的高效运行和安全管理都起到了非常重要的作用。本文针对新加坡淡马锡理工学院清洁能源研究所的电动叉车电池管理系统(BMS)开发项目中所使用的磷酸铁锂电池,采用理论分析、数值模拟和实验测试相结合的研究方法,对单体锂离子电池的充放电温度特性进行研究,并结合电动叉车动力电池组的使用要求,设计了一种新型电池热管理系统及控制策略,对系统中各关键部件给出了相应的设计要求,为后续对该系统进行深入研究和开发提供了理论依据。本文的主要研究内容如下:(1)通过参考国内外的相关文献,分析了磷酸铁锂电池的内部结构和发热机理,对锂离子电池的性能参数进行了深入了解和分析,为后续建立单体电池仿真模型和实验测试提供了理论依据。(2)建立单体磷酸铁锂电池电化学-热仿真模型,研究了磷酸铁锂电池在不同环境温度和放电倍率下充放电过程中的电压曲线及电池温升情况。(3)搭建单体磷酸铁锂电池充放电实验平台,通过实验测试获得了不同环境温度和放电倍率下电池的充放电电压及温度数据,并将实验结果与仿真分析结果进行对比,验证了单体磷酸铁锂电池电化学-热仿真模型的正确性。(4)根据电动叉车动力电池组的热管理系统设计要求,提出了电动叉车电池热管理系统设计方案,对该方案中的关键部件提出了具体的设计要求;此外,还利用三维建模软件建立了电池组液冷板的结构模型,为电池组液冷板的设计提供参考。

关键词： 废磷酸铁锂正极粉   磷酸   浸出   除铝   二水磷酸铁  

摘要： 磷酸铁锂电池是我国新能源汽车产业发展初期的主流动力电池,具有安全性能好、循环寿命长、成本低等突出优点,一直是电动商用车、专用车和储能领域的首选电源,目前面临退役量爆发式增长、亟待回收处理的迫切需求。磷酸铁锂正极材料是磷酸铁锂电池价值最高的部件,仅含少量的锂及廉价的铁/磷,总体价值较低,目前尚无经济、有效的回收利用技术。本论文以废磷酸铁锂正极粉铁磷组分高值回收为目标,提出废磷酸铁锂正极粉磷酸法制备磷酸铁技术路线,重点开展了废正极粉磷酸浸出、浸出液络合除铝、磷酸铁沉淀等过程的应用基础和工艺优化研究。主要研究结果如下:(1)以含铝的废磷酸铁锂正极粉为原料,系统研究了酸料比、浸出温度等主要参数对废磷酸铁锂正极粉浸出过程的影响规律,考察了浸出过程宏观动力学。研究结果表明,酸料比、液固比对磷酸铁锂和铝的浸出率影响最为显著,采用阴离子型表面活性剂SDS(十二烷基硫酸钠)可有效解决废正极粉浸出过程亲水性差的难题。在酸料比1.1:1、温度20℃、液固比5:1、搅拌速度400rpm、浸出时间120min的优化条件下,磷酸铁锂浸出率大于93%,铝浸出率小于20%。废磷酸铁锂正极粉磷酸浸出过程符合无固态产物层的收缩核模型,表观活化能为24.62 kJ/mol,浸出过程受扩散控制,浸出过程动力学方程为:(?)(2)提出了废磷酸铁锂正极粉磷酸浸出液中氟化物络合除铝新方法,重点研究了以氟化钠和氢氟酸为除铝剂时,各主要工艺参数对浸出液中铝脱除效果的影响规律。通过理论计算,获得以氟化钠为除铝剂时溶液氢离子浓度和总氟浓度对除铝效果的关系式,其中总氟浓度影响更为显著,正交实验结果证实了理论分析结果;以氟化钠为除铝剂时,在反应温度50℃,溶液初始pH为1.8、氟化钠加入量为铝的6倍(物质的量之比)、反应30 min的优化条件下,除铝率可达97%以上,浸出液中铝浓度可降低到48 ppm,除铝产物为六氟铝酸钠;以氢氟酸为除铝剂时,在反应温度30℃、溶液初始pH为2,氢氟酸加入量为铝的6倍(物质的量之比)、反应20 min的优化条件下,除铝效率可达95%以上,除铝产物为六氟铝酸锂。(3)提出并建立了铁磷溶液在弱酸(pH<2)下磷酸铁直接沉淀新方法,研究了主要工艺参数对磷酸铁沉淀过程的影响规律,并考察了铝、铜、钠三种阳离子杂质对磷酸铁产品成分的影响。研究结果表明,溶液酸度、沉淀温度对磷酸铁沉淀率影响显著,溶液初始铁浓度和晶种对沉淀率影响不大,在溶液pH>0.7,沉淀温度95℃,初始铁浓度<35 g/L的优化条件下,磷酸铁沉淀率大于88%;磷酸铁中铝、铜含量与沉淀前液中的铝、铜含量呈直接关系,而磷酸铁中钠含量需使用大量水洗涤脱除。(4)提出废磷酸铁锂正极粉磷酸法制备二水磷酸铁原则流程,包括废正极粉磷酸浸出、除铝、氧化、沉淀等多个步骤,并用实际含铝的废磷酸铁锂正极粉进行了全流程验证实验,可获得铝、铁、磷三元素成分合格的二水磷酸铁产品。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   磷酸钒锂   生物质   反复浸渍法  

摘要： 由于人类生活方式的日益丰富,对化石燃料的过度使用,致使能源和环境都面临着极大的挑战。解决能源和环境问题成为人类发展的关键问题。为了环境卫生,使用电动汽车和电动摩托车是社会发展和环境美好的首选目标。电动汽车和电动摩托车的发展推动了锂离子电池的发展,同时也推动了锂离子电池正极材料的发展。具有高电压平台、高倍率性能和高循环性能的聚阴离子化合物正极材料是研究动力型锂离子电池正极材料的首选。这样的情况下,研究动力型电池正极材料的关键是研究Fe、V基磷酸盐/C复合正极材料。选用不同的碳基体制备Fe、V基磷酸盐/C复合正极材料,其中碳基体可通过化学药品合成,也可通过选用固体废弃生物质。选用固体废弃生物质碳基体可以变废为宝、避免浪费和环境污染。本文选用不同碳基体经蒸发自组装和反复浸渍法等制备得到三种具有不同结构的Fe、V基磷酸盐/C复合正极材料,并采用多种表征技术对材料进行结构、形貌等物理性能分析。将复合正极材料组装成扣式电池,采用多种测试分析技术分析具有特殊结构的电极材料对电池性能的影响。以方形酸为前驱体合成基体经蒸发自组装法制备得到超薄纳米片状结构Li Fe PO4/C复合正极材料,在电压范围为2.5-4.2 V时,20C的高倍率充放电下仍然具有较高的比容量98.5 m Ah/g;以木蝴蝶纤维为基体经反复浸渍法制备得到多孔结构Li3V2（PO4）3/C复合正极材料,当电压范围为3.0-4.3 V、电流密度为10 C时,其具有较高的放电比容量87.4 m Ah/g;以蒲公英纤维为基体经反复浸渍法制备得到莲藕状结构Li3V2（PO4）3/C复合正极材料,在电压范围为3.0～4.3 V、电流密度为0.2C时首次放电比容量为122.8 m Ah/g。即超薄纳米片状结构、多孔结构和莲藕状结构能为Li+和电子的传输提供有效的快速通道,使得Li Fe PO4/C复合正极材料和Li3V2（PO4）3/C复合正极材料具有优异的电化学性能。