关键词： 磷酸铁锂电池   制备工艺   材料改性   电化学性能   冶金废液  

摘要： 随着可再生能源的日益减少和环境污染的日益加剧，以绿色、环保、节能、可再生为主题的新一代能源已经成为各国科研工作者关注的焦点。具有橄榄石结构的LiFePO4以其安全性好、成本低、性能好、对环境友好等优点成为近几年来人们研究和开发的热点。但LiFePO4存在锂离子的扩散系数小，电子导电率低等缺点，导致其室温下的循环性能及高倍率充放电性能差。通过改进制备工艺和材料改性等手段提高LiFePO4的综合性能，具有重要的理论和实际意义。\n 本文以自制的FePO4· xH2O为铁源，以研制高容量、高倍率、循环性能良好的锂离子电池正极材料LiFePO4/C为核心，开展了其制备及改性研究。通过改进制备方法、优化制备工艺条件和掺杂改性等手段，结合FTIR、XRD、SEM、CV、EIS和倍率充放电等检测技术，对LiFePO4/C的制备及掺杂改性进行研究，取得结果如下：\n (1)采用低温还原-热处理法制备LiFePO4/C材料。考察了热处理温度、热处理时间、草酸加入量、球磨时间等工艺参数对材料结构、形貌及电化学性能的影响，得到合适的工艺条件为:草酸过量3％，球磨时间6h，700℃热处理12h。合适工艺条件下制得晶型发育良好，粒度分布均匀的类球形粉体，其在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C和2.0C的首次放电比容量分别为147.0 mAh·g-1、140.9 mAh·g-1、134.5 mAh·g-1、118.4 mAh·g-1和73.6mAh· g-1，循环10次后容量保持率均在98.5％以上。材料具有良好的循环稳定性，高倍率下首次放电比容量明显优于苹果酸高温还原制备的材料。\n (2)采用复合碳源法制备LiFePO4/C材料。考察了不同复合碳源及加入量对材料结构、形貌及电化学性能的影响。得到合适的工艺条件为:在草酸低温还原的基础上，添加10％的苹果酸进行热处理。该条件下制备的LiFePO4/C材料电化学性能良好，在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C和2.0C的首次放电比容量分别为158.6mAh·g-1、152.4mAh· g-1、143.5mAh·g-1、130.6mAh· g-1和90.2 mAh· g-1，循环10次后容量保持率分别为99.18％、99.15％、99.09％、99.02％和98.66％。相比单一的草酸低温还原，草酸和苹果酸双碳源的配合，有效地提高了材料的倍率性能和循环性能。\n (3)采用复合碳源法制备Fe位掺杂的LiFe1-xLaxPO4/C材料。考察了不同La3+掺入量对材料结构、形貌及电化学性能的影响;合适掺量制得的LiFe0.995La0.005PO4/C材料颗粒规整、大小分布均匀，其在0.1C和1.0C的首次放电比容量分别为169.6mAh·g-1和140.1mAh·g-1，循环20次后容量保持率分别为98.88％和98.64％。适量的Fe位掺La3+有效地提高了材料的电化学性能。

关键词： 分布式   主动均衡   平均值比较法  

摘要： 研究了一种电动汽车用磷酸铁锂动力电池组分布式主动均衡充电系统。该系统由单体电池管理模块和整车控制器组成。各模块之间通过CAN总线通信,单体电池管理模块与整车控制器之间通过CAN-USB总线适配器进行通信。电池组中各单体电池分别配备了单体电池管理模块,单体电池管理模块由单体电池检测单元和单体电池均衡充电单元构成,单体电池均衡充电单元采用反激变换器实现由电池组向单体电池荷电状态低的电池进行补充电,从而实现各单体电池荷电状态的基本一致,延长电动汽车续驶里程。最后对系统进行了48V/140Ah磷酸铁锂电池组在静置模式下的均衡实验。

关键词： 磷酸铁锂   充放电原理   表面包覆   金属掺杂   复合改性  

摘要： LiFePO4是一种具有良好应用前景的锂离子正极材料,它价格低廉、对环境友好,被称为是21世纪最有前途的正极材料。本文介绍了LiFePO4的结构、充放电机理以及国内外对磷酸铁锂材料改性研究的最近进展,并预测今后的发展方向。

关键词： 磷酸铁锂动力电池   剩余容量   状.态估计   自适应   卡尔曼滤波  

摘要： 卡尔曼滤波法在估计动力电池的剩余容量(SOC)时,由于系统噪声的不确定,可能导致算法不收敛,而且算法的估计性能受模型精度的影响,笔者采用自适应卡尔曼滤波法来动态地估计电动汽车用磷酸铁锂动力电池的SOC。首先对电池模型进行了研究,建立了适用于SOC估计的电池模型,然后设计了相应的电池充放电实验检测到模型的参数,并进行了验证,最后将自适应卡尔曼滤波法应用到该模型,在未知干扰噪声环境下,在线估计电池的SOC。仿真结果表明:自适应卡尔曼滤波法能够实时修正微小的模型误差带来的SOC估计误差,估计精度高于卡尔曼滤波法,且自适应卡尔曼滤波法对初值误差具有修正作用。实车循环行驶实验表明算法适用于磷酸铁锂动力电池的SOC估计。

关键词： 电力储能机柜   力学性能   磷酸铁锂电池   动态环境  

摘要： 本论文研究课题是南麂岛离网型风光柴储综合系统工程的重要组成部分，是整个项目中储能部分的基础。南麂岛离网型风光柴储综合系统工程属于离网型分布式储能系统研制项目，拟安装风力发电、光伏发电等可再生能源系统。风能和光伏系统的发电能力比较好，但其发出的电能存在缺陷，直接并网将对电网造成较大破坏。本项目将风光系统输出的电能，先存储在电池系统中，经过双向变流器逆变成洁净的交流电后输出使用。在南麂岛复杂的使用环境下，需要具有较高承载能力和抗震性能等特性的机柜。\n 本论文主要研究目标是电力储能机柜（下均称机柜）在动态环境下的力学特性。本文构造了机柜的三维数模，并根据机柜的使用工况，对机柜进行静态和动态工况下的力学分析。利用ANSYS有限元分析软件，研究分析机柜的各种静态和动态特性。结合研发设计的机柜三维数模，构建机柜力学分析模型，重点针对机柜的主要构件进行模态分析。并根据力学分析结果，找出影响机柜强度和刚度的关键点。通过模拟机柜的实际使用状况，利用振动试验平台，对机柜进行试验验证。将所获得试验结果与ANSYS软件力学分析结果进行对比，验证仿真分析的准确性，最终对研发样机图纸进行修改和优化。\n 根据机柜力学分析和试验验证结果，机柜在提吊时，机柜吊环和顶部焊接部位存在疲劳失效的可能性，此类问题目前国内外尚无针对性的研究。因此，本论文将重点分析如何提高机柜的承载能力和抗震性能，同时满足电力储能行业复杂的力学需要，提高机柜的技术含量。以适应我国在新能源开发方面的发展需要，为储能行业的发展提供技术支持。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   阴极材料   制备工艺   电化学性能  

摘要： 锂离子电池阴极材料LiFePO4（又称正极材料LiFePO4）以其对环境友好，电压平台平稳，结构稳定，安全性能出色和使用寿命较长等优点而受到广泛关注。但是，LiFePO4本身的电子和离子导电性极差，限制了其充放电性能。因此，人们采用包覆导电剂（导电碳、金属颗粒等）和金属离子掺杂等改性措施来提高其电化学性能。\n 本文采用工艺简单、操作方便的高温固相法，用低成本的Li3PO4、FePO4·xH2O、Fe粉和蔗糖作为原料合成LiFePO4。用将Mg2+和Cu2+分别对LiFePO4/C复合物进行掺杂。用脉冲激光沉积法(PLD)制备LiFePO4薄膜，并优化了脉冲激光沉积参数。通过XRD、SEM等测试手段，研究了各个样品的晶体结构和表面形貌，重点研究脉冲激光沉积参数对薄膜的结晶性能和表面形貌的影响，并且研究了样品的电化学性能。\n 掺杂Mg2+和Cu2+后的LiFePO4/C粉末，其XRD图谱与纯相的正交橄榄石型结构的LiFePO4的标准谱（JCPDS40-1499）相符合，图谱中的衍射峰峰型比较尖锐，峰宽很窄，而且没显示出掺杂物(MgO、ZnO和CuO)的峰。在0.2C下，掺杂Cu2+的样品首次放电比容量115.84mAh/g，比未掺杂时首次放电比容量77.7mAh/g有很大提高，循环50次后，放电容量高达93.4%。\n 对脉冲激光的制备LiFePO4薄膜的工艺进行了研究。发现：（1）薄膜的取向受温度、气压和激光能量的影响。随退火温度的升高，衍射峰的显著加强。沉积时间对薄膜的结晶度影响并不是很明显。（2）基片镀金属膜和薄膜包覆金属膜都会改变薄膜的结晶性能和表面形貌，使薄膜的择优取向发生改变，并且减少薄膜表面的团聚颗粒的生成，使得薄膜表面颗粒比较均匀。\n 对所得到的薄膜进行电化学性能测试。经过650℃退火3h，薄膜（基片温度为650℃，真空室内压强为10Pa，沉积时间为3h）在0.2C时初始放电比容量由34.8mAh/g提高到65.2mAh/g。

关键词： UPS供电系统   磷酸铁锂   电池组   应用   工作温度范围   放电能力   锂蓄电池   记忆效应  

摘要： 磷酸镁锂电池在充、放电的过程中，对应的锂离子在正负极之间来回地嵌脱，完成对负载的供电。磷酸铁锂蓄电池工作温度范围宽，没有记忆效应，能量密度较高且具有大电流充放电能力。

关键词： 磷酸铁锂电池   通信行业   电池管理系统   可靠度  

摘要： 随着4G网络的普遍应用和通信技术的不断发展，新时期通信设备对后备电池有了更高的要求，主要体现在以下三个方面:通信网络技术的发展使得后备电池向“集中”与“分散”的双极化发展;通信网络设备特别是接入网端设备高度集成化与小型化向低功耗发展;市电环境的改善及备电方式的革新使得后备电池向短时备电发展。对于通信电源及电池行业节能减排来说，要求后备蓄电池体积更小、重量更轻、寿命更长、更耐高温、维护更容易、性能更稳定、更环保等，为了顺应这些需求，通信用磷酸铁锂电池应运而生。\n 本论文研究磷酸铁锂电池在通信行业中的应用问题。本文首先介绍了磷酸铁锂电池的原理及标准，在此基础上，论文针对工程实际需求，研究了通信行业中磷酸铁锂电池的标准检验项目，并提出了一些非标准检验项目。通过这些检验项目验证了磷酸铁锂电池组对通信行业的适用性，并分析了磷酸铁锂电池的电气性能。论文还研究了磷酸铁锂电池的可靠性问题，分析讨论了并联系统、串联系统以及串并联系统的可靠度，包括电芯和电池管理系统(BMS)及安全可靠性，并与传统的铅酸蓄电池进行了对比。论文工作确认了磷酸铁锂电池在通信行业应用的合理性，可以解决当前基站因后备电池所带来的问题，表明磷酸铁锂电池在通信行业的应用中具有优势，能促进了通信行业高效、可靠、稳定的发展。

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   掺杂改性   机械球磨法   电化学性能  

摘要： 锂离子电池作为一种可循环充电使用的环保能源，已经在便携电子通讯领域得到广泛的使用，在不久的将来将作为汽车的主要动力，符合当前及未来低碳环保的发展理念。因此研究高性能锂电池材料将是锂电池发展的关键。目前市场化的电池都存在诸多问题，如价格昂贵，对环境污染大，原材料紧缺等问题限制了发展。磷酸铁锂(LiFePO4)具有原料来源广、比容量大、电化学性能稳定和对环境无污染等优点，因而在锂电池领域受到广泛的关注。但由于磷酸铁锂自身的电子电导率小及离子扩散系数低，从而限制其应用范围。本文将对不同条件制备LiFePO4和高价金属离子掺杂改性LiFePO4进行研究，通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TG)、充放电测试和交流阻抗测试(EIS)等探索其结构和电化学性能变化。\n 本论文采用机械球磨法，以FeC2O4·2H2O，Li2CO3，NH4H2PO4为原料，机械活化后在氩气气氛中经高温煅烧得到LiFePO4材料。研究了不同煅烧温度和不同煅烧时间对其结构和电化学性能的影响，X射线衍射分析显示得到的材料具有橄榄石结构，电镜图像可以看出颗粒尺寸均在亚微米级。采用扣式模拟电池测试材料的电化学性能，在0.1C倍率下50次充放电循环，数据显示650℃焙烧10h得到的LiFePO4材料性能最佳，首次放电容量为125 mAh·g-1，第50次循环后容量保留率为84％。由此确定了材料合成的最佳工艺为焙烧温度650℃，焙烧时间为10h。\n 在确定了最佳工艺后，对纯LiFePO4进行不同含量0.01、0.03、0.05、0.07的Zn掺杂改性研究，结果显示掺入Zn并没有改变材料的橄榄石结构，只是晶胞参数发生了较小的变化，而且使颗粒细化并分布更加均匀，在0.1C倍率下进行充放电测试，LiFePO4、LiFe0.99Zn0.01PO4、LiFe0.97Zn0.03PO4、LiFe0.95Zn0.05PO4和LiFe0.93Zn0.07PO4的首次放电容量依次为125、130、134、139、137 mAh·g-1，且循环50次后，Zn掺杂LiFePO4的容量保留率在90％以上，均高于LiFePO4的容量保留率，当Zn掺杂量为0.05时，材料的性能最佳，首次放电容量最高为139mAh·g-1，且循环50次后容量保留率为91.51％。掺杂Zn2+材料的电化学反应阻抗亦减小。\n 由于掺杂Zn提高了材料的容量，且确定了最佳掺杂量为0.05。引入Mg、Cu掺杂，对比分析不同元素掺杂对材料结构和性能的影响。掺杂Mg、Cu、Zn后并未改变LiFePO4的结构，只是晶胞参数发生了较小的变化，且使颗粒细化并分布更加均匀，在0.1 C倍率下进行充放电测试，LiMg0.05Fe0.95PO4、LiCu0.05Fe0.95PO4、LiZn0.05Fe0.95PO4、 LiFePO4首次放电比容量依次为145、141、139、125 mAh·g-1，且循环50次后，LiMg0.05Fe0.95PO4、LiCu0.05Fe0.95PO4、LiZn0.05Fe0.95PO4的容量保持率为92％左右，电化学反应阻抗亦减小。

关键词： Carbothermal method   LiFePO4   Fe2O3   Ti doping  

摘要： LiFe0.98Ti0.02PO4/C composite cathode material was synthesized from nanocrystalline Fe2O3 through mechanical activation process, followed by carbothermal reduction reaction in the presence of Li2CO3 and NH4H2PO4, The composition, crystalline structure and morphology of the prepared powders were investigated With XRD and SEM. Electrochemical tests indicated that the Ti-doping of carbon coated LiFePO4 did not affect the olivine structure of the iron phosphate but obviously improve its discharge capacity and rate capability, which would be ascribed to the increased and larger lattice parameters and electronic conductivity,