关键词： 应急电源系统   磷酸铁锂电池   双电源自动切换技术   电池管理   能量转移式均衡  

摘要： 针对传统应急电源存在的诸多弊端,利用最新的电力电子技术和嵌入式技术,以磷酸铁锂电池为储能介质,设计了一种智能化储能式应急电源系统,对其中的电池管理、能量转移式均衡、电池保护以及双电源自动切换等关键性技术进行了深入的阐述,给出了系统研究方案、设计思路、结构框图和工作流程。以双电源切换开关为例,利用Matlab/Simulink软件搭建了仿真模型,进行了仿真实验,仿真结果证实了方案的有效性。

关键词： 离子电池   高温固相法   电化学性能   磷酸铁锂   正极材料  

摘要： 离子电池正极材料LiFePO4是近些年研究的热点，但其比表面积较大、导电性能差、电化学性能低。本文选用高温固相法制备了7种碳包覆材料LiFePO4∕C，研究不同锂源、升温方式、干燥方式对前驱体与 LiFePO4∕C制备影响，并研究LiFePO4∕C的电化学性能，建立了制备方式-结构-性能三者之间的关系。主要结论如下：\n （1）制备了LFP1、LFP1（M）、LFP2、LFP2（M）、LFP3、LFP4、LFP5等LiFePO4∕C复合材料；\n （2）LFP1、LFP1（M）、LFP2、LFP2（M）、LFP3、LFP4、LFP5的剩碳量分别为19.01%、19.01%、19.01%、19.01%、21.43%、22%、22%。采用碳酸锂作为碳源的剩碳率较以氢氧化锂的低。\n （3）制备前驱体PRE1混合球磨机时间1 h，超细球磨机时间4 h；制备前驱体PRE2混合球磨机时间1 h，超细球磨机时间4 h；制备前驱体PRE3混合球磨机时间1h，超细球磨机时间越久越佳；\n （4）复合材料LiFePO4∕C的XRD的谱图表明复合材料成功制备。\n （5）星球磨后LFP-1和LFP-1(M)振实密度增大；机械分散可以增加LFP-2和LFP-2(M)振实密度；静态干燥法制得的LFP3的振实密度比动态干燥法的小，静态干燥法对材料性能不利。采用不同锂源制得的材料，其振实密度在相同范围内，表明锂源对材料性能影响不大；\n （6）0.2 C下LFP-2(M)第10圈充电比容量为157.2 mAh·g-1，放电比容量156.7 mAh·g-1，其中最差材料的比容量都在150 mAh·g-1；且LFP-2和LFP-2(M)的极化作用也很小。各材料都表现出了较好的电化学性能。静态干燥所的样品LFP3的充电平台比动态干燥所的样品LFP-2的高，其放电平台更低。0.2 C倍率下循环10次后各材料的放电比容量都稍有上升趋势，1 C倍率下循环90次后各材料的比容量几乎无衰减。循环性能较好。\n （7）除了首次的循环（数据可见表4-3），其他的循环中各材料的库仑效用近乎为99%。材料循环性能很好。

关键词： 磷酸铁锂电池   寿命   容量恢复率  

摘要： 电池寿命是锂电池的一项重要性能指标,本文研究不同化成工艺对电池储存及循环寿命性能的影响。将电池化成后充满电进行高温45℃老化5天,老化后电池的高温存储7天和常温储存28天的容量恢复率最高。

关键词： 电感耦合等离子体发射光谱法   磷酸铁锂   杂质元素  

摘要： 研究建立了电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）测定磷酸铁锂中10种杂质元素的分析方法。选择了各元素合适的分析谱线,并对仪器工作条件进行了优化。考察了盐酸基体浓度对谱线强度的影响,测定了方法的检出限。该方法简便快速,具有很好的精密度和准确度,各元素的精密度为1.0%~4.7%,加标回收率为91.4%~109.4%,完全能够满足电极材料的分析要求。

关键词： 电化学性能   碳复合材料   阴极材料   磷酸铁锂   PtRu催化剂   锂离子电池   催化性能  

摘要： 过分依赖化石能源带来的能源危机与环境恶化是人类亟待解决的两大难题。锂离子电池(LIB)和直接甲醇燃料电池(DMFC)是清洁的储能和能量转换装置，在消费类电子产品、储能设施和电动汽车领域有广泛应用的前景，对于优化能源结构、缓解能源危机和环境污染具有重要意义。电活性材料是限制LIB和DMFC性能的关键因素之一。磷酸铁锂(LiFePO4)和PtRu催化剂分别是目前最有前景的LIB阴极材料和DMFC阳极催化剂。然而，较低的本征电子电导率与锂离子扩散速率影响LiFePO4的电化学性能，阻碍其在动力锂离子电池领域的大规模商业化应用。由于PtRu催化剂甲醇氧化催化活性和耐久性不足，极大地限制了DMFC的性能和商业化应用。因此，如何提升LiFePO4和PtRu催化剂性能成为备受瞩目的研究热点。\n 纳米碳（如碳纳米管，石墨烯等）具有电子电导率高、比表面积大、亲合力强以及化学稳定性好等优点，在电化学材料领域表现出优异的性能。为改善LiFePO4正极材料和PtRu催化剂的性能，本文采用多元醇回流法结合热处理合成碳纳米管与石墨烯共同修饰的薄片状LiFePO4多孔复合材料，通过溶剂热法制备氮掺杂石墨烯—LiFePO4多孔球形复合材料，并采用一步热处理法合成N、B掺杂石墨烯负载的PtRu纳米催化剂。使用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及X射线光电子能谱等表征手段进行晶型、微观形貌与化学组态分析，并采用恒电流充放电、循环伏安法和交流阻抗法、计时电流法等技术系统测试了复合材料的电化学性能。得出如下结论:\n (1)碳纳米管与石墨烯构成的三维导电网络能有效提升LiFePO4的电子电导率。适当的热处理过程可以优化形貌与晶体结构，从而改善LiFePO4复合材料的电化学性能。经优化后的LiFePO4复合材料表现出优异的电化学性能，0.1和1C放电容量分别为163和127 mAh g-1，而且1C循环100次后容量保持率高达99％。\n (2)氮掺杂石墨烯和LiFePO4纳米片自组装构成的多孔微球结构有利于增大电极与电解液之间的反应界面，提高电荷转移速率，减小锂离子扩散距离并加速锂离子扩散。因此，多孔微球复合材料表现出优异的放电比容量、倍率特性和循环稳定性。\n (3)硼、氮掺杂可以在石墨烯表面引入化学官能团，调控负载铂钌催化剂的颗粒尺寸和分散程度，从而提高催化剂的甲醇氧化电催化性能。优化实验表明，最佳热处理温度为800℃，N掺杂催化剂的最佳热处理时间为60 min，B掺杂催化剂的最佳热处理时间为90 min，这些条件下制备的样品展现出良好的甲醇氧化催化活性、抗中毒能力以及稳定性。

关键词： 磷酸铁   锂电池   电热耦合   最大可用能   能量转换效率   续驶里程   电动汽车  

摘要： 动力电池的电量状态是纯电动汽车电池管理的核心参数，通常可用电池荷电状态(State of Charge，SOC)或电池能量状态(State of Energy, SOE)来表征。由于电动汽车行驶过程属于变化频繁且无规则的工况，电池内部温度、端电压、充放电电流等参数将呈现较大的时变以及非线性特性，基于容量定义的SOC方法难以建立较为精确的估算模型，导致估算结果存在较大误差。而SOE估算方法可以从能量守恒以及电池内部热能等多角度出发，与续驶里程、续航时间等与功率直接相关的预测参量建立有效的线性对应关系，是反映电池实际电能输出能力的一种理想方式，因此SOE估算对于电动汽车具有重要的现实意义。\n 本文研究重点在于如何实时、准确地估算电池SOE参数。在传统SOE定义的基础上，结合不同工况下电池能量状态的变化规律，提出了一种改进型SOE估算模型，主要内容包括:\n 首先，根据传统SOE的定义式，采用实验方法获得磷酸铁锂电池(LFP/C，叠片式软包封装结构，20Ah)的容量特性、内阻特性以及温度特性，分析容量与倍率、内阻的关系，并结合电热耦合现象提出改进型SOE估算模型。\n 其次，从热力学角度探讨了电池生热速率的主要影响因素，在此基础上研究了电热耦合模型对SOE估算方法的修正影响。通过综合分析不同使用条件下（放电截止电压2V，最高温度60℃，倍率变化范围0.1C～3C）电池可利用能量的变化规律，提出采用最大可用能与能量效率对传统SOE估算方法中的额定能量进行修正，从而获得精度较高的改进型SOE估算方法。实验发现:不同放电倍率下电池可用能量并不一致，且当放电倍率为2.7C时，可用能量达到其最大值;同时在3C放电倍率内，能量转换效率随倍率总体呈开口向上抛物线变化趋势，其最小值出现在放电倍率为2.7C的工况。\n 随后，利用电动汽车领域四项国际标准测试工况，即欧洲循环工况NEDC、联邦城市行驶工况FUDS、动态压力测试工况DST、公路燃料经济性测试循环HEFET分别对改进型SOE模型的估算精度进行验证。结果显示在几种测试工况下，改进型SOE方法具有了良好的计算精度，其误差都保持在4.7％以内。可知相比于传统方法，改进型SOE估算方法的精度有较大提高，可更好适应实际工况的应用需求。\n 最后，结合电动汽车行驶过程功率供需模型，以某款纯电动汽车为例，采用改进型SOE估算方法对续驶里程进行预估。从结果可以看出:当电池SOE范围处于10％～90％，估算得到的续驶里程范围为10.56km～95.04km，其预测结果更接近于实际续驶里程。

关键词： 磷酸铁锂   动力电池模型   simulink   驾驶工况  

摘要： 电动汽车的电池管理系统设计及电池剩余电量预测依赖于电池等效电路模型,文章基于电动汽车磷酸铁锂动力电池,建立了二阶RC等效电路的simulink模型,并对其进行了美国联邦城市驾驶工况仿真测试。结果表明在一定误差范围内,模型能够较好的模拟电池的充放电特性,可将模型应用于进一步的电池SOC估算方法中。

关键词： 锂离子电池   串并联   磷酸铁锂  

摘要： 磷酸鉄锂电池与密封阀控铅酸蓄电池相比,有着容量体积比大、重量轻、单体电压高等优点。本实验按照内阻、初始开路电压(OCV)、容量、荷电状态筛选出一致性良好的单体磷酸鉄锂离子电池,通过串并联两种组合方式的测试研究,得出了在单体电池一致性良好的情况下,多个单体并联后的总容量基本不受影响,内阻的微小差异与不同的充放电平台,会使得在锂离子电池在充放电的初末期极化加大,导致电流的不平衡度增大的试验结果。

关键词： 水热反应   磷酸铁锂   镁离子掺杂   电化学性能  

摘要： 通过简单水热反应制备磷酸铁锂前驱体,并结合后期热处理过程制备了镁离子掺杂碳包覆的磷酸铁锂正极材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征了镁离子掺杂磷酸铁锂的成分、形貌和结构。元素分布结果证明镁离子均匀掺杂在磷酸铁锂材料中。通过恒流充放电和循环伏安、交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行测试。结果表明,镁离子掺杂后的磷酸铁锂材料具有较高的放电比容量(0.1C放电比容量为160.1 m A·h/g)和优越的倍率性能(20C放电比容量为77.2 m A·h/g),同时减小了极化和电荷迁移电阻。这条合成路线是提高水热法制备磷酸铁锂正极材料电化学性能的有效方法。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   正极材料   掺杂  

摘要： LiFePO_4/C具有高温稳定性好、价格低廉、循环性能良好、环保等性能,是一种具有发展潜力的锂离子动力电池正极材料之一,因此在锂离子电池行业备受关注。但由于其电子电导率低以及锂离子扩散速率慢等缺点制约其发展。介绍了磷酸铁锂的结构、性能、充放电原理和掺杂机理,尤其对近年来LiFePO_4/C材料的掺杂改性研究进行了综述。