关键词： 磷酸铁锂   正极材料   复合材料   仿生合成   材料改性   电化学性能  

摘要： 本研究中采用α-淀粉酶为结构模板剂,葡萄糖为还原剂,Fe(NO3)3·9H2O为铁源,NH4H2PO4为磷源,Li2CO3为锂源,成功的合成出薄板状磷酸铁锂正极复合材料,且该材料具有不均匀的狭缝状介孔结构。以α-淀粉酶为结构模板剂通过仿生合成法合成出性能较好的LiFePO4/C-FePO4复合材料。合成的复合材料中的晶粒特定晶面异常发育,以及存在不均匀的狭缝状介孔结构,从而降低了锂离子扩散过程中的阻力。测试数据显示,在0.1 C倍率下复合材料的放电比容量达到146.80 mAh·g-1,经过160次充放电循环后的库伦效率接近100%,同时出现随循环次数的增加,充放电比容量增大的反常现象。通过探究不同的烧成温度、不同的保温时间、不同的还原剂用量和不同的生物模板用量对LiFePO4/C-FePO4复合材料的晶体结构和电化学性能的影响,确定合成正极复合材料的工艺条件为700℃下热处理8小时烧成,组分配比为每生成0.03 mol的LiFePO4使用2 g的α-淀粉酶和2.4 g的葡萄糖。以α-淀粉酶为结构模板剂,通过共沉淀法合成出掺杂银离子的LiFePO4/C正极复合材料。α-淀粉酶作为生物模板提供了LiFePO4晶体颗粒成长的位点,降低充放电过程中电极材料和电解液之间的界面阻抗。银元素电导率高并且在LiFePO4晶粒中以银单质的形式形成新相,增加LiFePO4结构中锂离子的传输路径,从而提高复合材料的电子传导率和LiFePO4中的锂离子传导率。银离子参杂后得到的正极复合材料放电比容量达到127.91 mAh·g-1。以α-淀粉酶为结构模板通过水热法和仿生合成法合成出具有特殊结构的LiFeP04/C复合材料,其微观结构为二维碳骨架薄板与LiFePO4晶相相间层状分布。微米级薄板的一个表面密布着LiFePO4纳米级晶体颗粒,显示出了密集的晶格条纹,而另一表面没有任何的晶格条纹像。并且二维碳骨架薄板具有纳米级不均匀的狭缝状介孔结构。得到的正极复合材料表现出较好的的电化学性能,其充放电比容量均超出了LiFePO4的理论充放电比容量,分别达到275.2 mAh·g-1和263.031mAh·g-1。

关键词： 磷酸铁锂电池   能源  

摘要： 磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。磷酸铁锂动力电池已在我们生产生活中广泛应用，本文旨在推广磷酸铁锂动力电池的技术应用，使磷酸铁锂动力电池更好的服务于我们的生活。

关键词： 磷酸铁锂   复合材料   仿生合成   电化学性能   合成过程  

摘要： 本文主要分为四个部分分别对磷酸铁锂正极材料组装锂离子电池的组装工艺和正极材料的生产及工艺性能进行研究探讨。第一部分：锂电池的组装环境及工艺对磷酸铁锂扣式电池充放电性能和高倍率的影响；第二部分：采用玻璃析晶的途径获得磷酸铁晶体,然后加入锂源获得磷酸铁锂晶体正极材料的电化学性能；第三部分：掺钒玻璃化合成LiFePO4/C复合材料；第四部分：生物模板法合成磷酸铁锂电池材料。在第一部分实验在扣式电池的组装过程中,主要是探讨了温度、粘结剂、正极片活性物质的比例、电池的负极材料、集流体、正极片的平整度等因素对电池的充放电性能的影响。结果显示锂电池的组装条件会影响其电化学性能。第二部分是使用新的方法来合成磷酸铁前驱体材料,首先是以酵母细胞为生物模板和碳源来合成磷酸铁,将磷酸铁玻璃化处理之后添加锂源,以期能够合成磷酸铁锂。实验结果表明,可以通过玻璃化合成磷酸铁锂晶体,只是得到的样品比容量最高是80 mAhg-1左右,远低于磷酸铁锂的理论比容量170 mAhg-1。第三部分通过玻璃化合成磷酸钒锂-磷酸铁锂复合材料,结果表明能够合成磷酸钒锂-磷酸铁锂复合材料,合成样品有复合材料的充放电平台,只是比容量为50 mAhg-1左右。第四部分选择金银木果实作为生物模板,然后添加磷源和锂源,通过生物模板法试图合成磷酸铁锂正极材料。结果发现合成出的样品不是真正的磷酸铁锂材料,充放电过程中有负极的曲线。

关键词： 磷酸铁锂电池   卡尔曼滤波器   强跟踪算法   多采样率数字控制系统   荷电状态估计  

摘要： 锂电池自问世以来就以其良好的充放电性能且无记忆效应被广泛应用于手机、电动车或者其它电气设备。本文以磷酸铁锂电池作用研究对象,为深海作业机器的电池储能系统提供可靠及精确的荷电状态估计值(State of Charge, SOC),并将此估计值作为能量管理系统的重要动作指标。磷酸铁锂电池具有自放电现象弱、能量密度大和化学结构稳定等优点。由于锂离子脱嵌过程中,锂电池端电压稳定在3.2V附近,因此磷酸铁锂电池充放电特性曲线的中部存在非常长的平台期,而在充放电开始或者结束处其电压会突升或者突降,使得该特性曲线呈现强烈的非线性特征。计算荷电状态的普遍方法是利用安时积分法,该方法容易受到荷电状态初始误差和过程误差的干扰而使得估计值精确度降低。磷酸铁锂电池荷电状态值对电池能量管理系统的有效性起到关键作用,考虑到卡尔曼滤波算法可以很好降低初值误差和过程噪声对状态量估计值的影响,故将卡尔曼滤波算法应用于磷酸铁锂电池荷电状态估计过程中。由于卡尔曼滤波框架对模型精确度要求较高,因此本文基于Labview搭建电池性能测试平台,获得磷酸铁锂电池充放电数据,利用实验法提取SOC和电池等效电动势(Voltage of Open Circuit, Uoc)数据特征,使用Curvefit Toolbox对二者关系进行拟合并得到描述其非线性特征的函数表达式。根据实验数据,基于MATLAB/SIMSCAPE平台搭建二阶RC等效电路电池模型,以SIMSCAPE提供的Parameter Estimation Toolbox对等效电路中的RC参数进行估计,建立了与实际电池充放电特性匹配的等效电路模块。在已建立的磷酸铁锂电池RC等效电路基础上,建立相应的状态空间模型。使用扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter, EKF)对电池荷电状态进行估计,EKF估计结果可以很好地在荷电状态具有初始误差的情况将SOC估计值收敛于真值。针对深海探测器在加速时要求电池瞬时大功率放电而导致SOC突变的情况,采用强跟踪扩展卡尔曼滤波器(Strong Tracking Extended Kalman Filter, STEKF)实现电池的SOC估计,从而使得滤波器可以很好地跟踪荷电状态实际值。为增强STEKF算法稳定性,本文引入特征值分解对STEKF中的状态量先验估计值误差协方差阵计算方式进行修正,得到性能更好的滤波器。对于连续物理系统中各处信号变化速率不同的情况,本文利用多采样率控制策略对EKF和STEKF进行改进,经理论推导分别得到输入多采样率扩展卡尔曼滤波算法、输入多采样率强跟踪扩展卡尔曼滤波算法、输出多采样率扩展卡尔曼滤波算法和输出多采样率强跟踪扩展卡尔曼滤波算法。为验证以上叙述算法的有效性,本文NEDC (New European Driving Cycle)电动车实验放电序列考查了在采样倍率为2和4的情况下,算法的SOC估计精度。

关键词： 磷酸铁锂   石墨烯   复合材料   锂离子电池   掺杂改性   电化学性能  

摘要： 本论文在查阅大量文献的基础上,对于如何通过简便方法合成石墨烯复合改性LiFePO4正极材料,制备出大电流充放电、高容量和循环性能较好的LiFeP04复合材料做了系统研究。通过改性Hummers法来合成石墨烯的中间体氧化石墨烯。其最佳的合成条件为：合成温度0℃(2h)、35℃(3h)和95℃(0.5h),加H202时辅助超声波处理。通过XRD、FT-IR、SEM和TEM等进一步表征发现：制备的氧化石墨烯出现(001)特征衍射峰,样品上含有丰富的羟基、羧基和环氧官能团,形貌观察发现氧化石墨烯在空间上分散均匀,具有典型的二维晶体结构,制备的氧化石墨烯层数非常少,质量非常高。利用氧化石墨烯和LiFePO4前驱体材料在一定条件下形成干凝胶,再通过高温有机碳热还原烧结成LiFePO4/graphene复合材料。研究不同质量比的氧化石墨烯(0、1%、3%、6%、9%)对LiFePO4/graphene复合材料性能的影响。氧化石墨烯添加量为6%时所制备的LiFePO4/graphene复合材料在不同倍率0.2C、0.3C、1C、2C下的循环性能最佳,且碳含量最低为1.48%。通过XRD、SEM物理检测结果表明：合成的LiFePO4/graphene复合材料具有标准的橄榄石型结构,粒径在200nm左右。通过电化学CV、EIS表明：复合材料极化变小,Li+离子扩散速率和电导率得到提高。恒流充放电表明：制备的LiFePO4/graphene复合材料在0.1C和5C的电流下首次充放电为163.81mAh/g和101.57mAh/g,0.5C下循环60次,容量保持率为97.46%。采用不同摩尔质量比的Ci2+与LiFePO4原材料混合形成前驱体,经高温气氛烧结成功得到LiCoxFe1-xPO4/C复合材料。XRD分析表明：LiCo0.03Fe0.97PO4/C复合材料对应着标准橄榄石结构,没有出现Ci2+或其他杂质的衍射峰；SEM分析表明：晶体生长较完整,颗粒尺寸减小。恒流充放电测试表明：LiCo0.03Fe0.97PO4/C复合材料首次充放电平台电压差为0.11V；0.1C首次放电比容量153.34mAh/g,库伦效率96.95%；0.5C放电比容量达到123.83mAh/g且循环70次容量保持率达到90.66%。采用溶胶凝胶原位碳热还原法制备了LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene锂离子电池正极材料,物理检测结果表明：合成的LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene复合材料具有标准的橄榄石型结构,结晶性变好,颗粒200nm左右,石墨化程度提高；Co2+离子的完全掺杂取代了部分Fe2+位,缩小了LiFePO4晶胞体积。CV、EIS表明：LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene复合材料极化变小,Li+离子扩散速率和电导率得到提高。恒流充放电测试表明：制备的LiCo0.03Fe0.97PO4/graphene复合材料在O.1C和10C的电流放电首次为159 mAh/g和74 mAh/g,0.5C电流下循环100次,容量保持率为99.70%。

关键词： 磷酸铁锂   正极材料   材料改性  

摘要： 磷酸铁锂(LiFePO4)具有理论比容量高、电压平台稳定等优点,成为当前研究的热点之一。但是,由于其自身结构的缺陷,导致其电子导电率低和锂离子扩散速度慢的缺点。本文从LiFePO4晶体结构和充放电机理入手,分析原因,综述了各种LiFePO4正极材料的改性方法及其研究进展。

关键词： 磷酸铁锂动力电池   安全结构分析   安全检测方法  

摘要： 详细介绍了磷酸铁锂动力电池的工作原理、技术性能、安全结构分析、安全检测项目要求等,较为全面阐述了磷酸铁锂动力电池的安全检测方法。在分析影响磷酸铁锂电池安全性因素的基础上,提出了改进建议。在磷酸铁锂动力电池的安全性及检测方法方面为锂电池生产厂家及检测机构提供了相应的参考。

关键词： 磷酸铁锂   掺杂   锂离子电池   电化学性能  

摘要： 采用二步固相反应在惰性气氛下合成了橄榄石型LiFe0.98M0.02PO4/C（M=Ni,Cr）复合正极材料.通过XRD,SEM及电化学测试等手段对材料的性能进行分析.研究结果表明：少量Ni^2＋,Cr^3＋的掺杂虽然未改变LiFePO4晶体结构,但改善了材料的颗粒形貌,降低了粒径（粒径约200nm）,增强了LiFe0.98M0.02PO4/C材料的导电能力,比未掺杂的LiFePO4/C具有更好的电化学性能.在2.5-4.2V下充放电,LiFe0.98Cr0.02PO4/C材料0.2C的首次放电比容量为146.7mA·h·g^-1,循环50次的容量保持率为98.1%,10C放电比容量达116.3mA·h·g^-1.

关键词： 复合材料   控制结晶法   表面活性剂   碳热还原法   磷酸铁锂  

摘要： 以Fe(NO3)3·9H2O、H3PO4和稀氨水为原料,用控制结晶法制备FePO4·x H2O,研究了表面活性剂CTAB和PEG对FePO4·x H2O材料的影响。再以Li2CO3、蔗糖和高温烧结后的FePO4为原料用碳热还原法制备了纳米LiFePO4/C复合材料。用SEM、XRD、充放电测试、循环伏安测试等手段对该复合材料进行表征,研究其电化学性能。结果表明:添加表面活性剂制备的LiFePO4/C复合材料纳米颗粒呈球形且团聚减少,提高了材料的倍率性能和循环性能,其中添加CTAB制备的LiFePO4/C材料的颗粒最小、分散性较好,0.1C时的首次放电比容量为159.8 m Ah·g-1,10C倍率下比容量仍达到132.4 m Ah·g-1。

关键词： 节能照明   最大功率点跟踪   磷酸铁锂电池   充放电管理   LED驱动   智能控制  

摘要： 高校道路照明改造着重考虑的问题是节能性、经济性和安全可靠的环境照明保障。设计采用了太阳能/市电互补、硬件MPPT/PWM充放电管理、新型锂电池和光照/时间智能控制方案,较好地解决了照明的可靠性、光伏电能利用最大化、综合成本和系统功能实现的矛盾。研制样机结构简单、运行可靠,并可灵活方便地构成不同功率等级的应用,满足了改造方案"可靠、实用、节能和经济"的要求,具有明显的节能减排效果。