关键词： 磷酸铁锂   电解液   二(三氟甲基磺酰)亚胺锂   高温性能   低温性能  

摘要： 磷酸铁锂（LiFePO4）具有橄榄石型结构,工作电压为3.4 V,理论比容量达170 mAh/g,安全性能优异,充放电过程中电极的结构变化小,是动力电池最具有发展前景的正极材料之一。电解液是电池的重要组成部分,在电池正、负极之间起到输送和传导锂离子作用,影响着电池的安全性、循环性能、倍率性能等,特别是电池的高、低温性能,因此研究与材料相容性好的电解液具有重要意义。 本文采用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗、等离子发射光谱（ICP）和差失扫描量热仪等测试方法,研究了电解质锂盐、溶剂对磷酸铁锂电池高、低温性能的影响。 首先系统研究了电解质锂盐对磷酸铁锂电极高温性能的影响,并探讨了相关的作用机理。结果表明,与LiPF6相比,二（三氟甲基磺酰）亚胺锂（LiTFSI）具有对水份不敏感且热稳定性好的优点,且在高温下不会造成铁的溶出,更适合高温条件下使用。其中加入少量LiBF4的目的是保护集流体铝箔,抑制LiTFSI对其的腐蚀。通过恒流充放电测试说明,以LiTFSI和LiBF4作为混合锂盐配成的电解液能显著改善LiFePO4/Li电池的高温循环性能,降低容量衰减,在55℃和1 C倍率下循环40次后容量保持率达97.3%。 其次研究了不同溶剂组成的电解液对磷酸铁锂电池高、低温性能的影响。结果表明,采用四元体系且溶剂比例为GBL:EA:EC:EMC=1:1:1:1的电解液,磷酸铁锂电池的低温性能最好。在-20℃时,容量保持率为63%;在-40℃,容量保持率维持在42%。而且,该四元体系电解液采用LiTFSI和LiBOB混合锂盐（混合LiBOB锂盐除了增加电池热稳定性,还起到保护集流体铝箔的作用）,可以提高电池的高温循环性能,在高温55℃和1 C倍率下,循环70周电池的容量保持在94%以上。故使用0.9 M LiTFSI+0.1 M LiBOB/GBL+EA+EC+EMC（1:1:1:1）电解液可以拓宽磷酸铁锂电池的使用温度范围。 最后考察了不同LiBOB含量对集流体铝箔保护层性能的影响。研究表明LiBOB含量少不足以形成足够致密的铝箔保护膜,随着循环次数的增加,铝箔会逐渐受到腐蚀;而LiBOB含量过多会降低电解液的电导率,对形成保护膜也无多余的作用,故适量的LiBOB含量才能提高电池的综合性能。

关键词： 磷酸铁锂   双锂源   锰酸锂   二氧化硅包覆  

摘要： 橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)和尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)是两种重要的锂离子电池正极材料,和层状LiCoO2相比,具有原料来源丰富、价格低廉、安全、对环境友好等特点,是很有发展前景的动力锂离子电池正极材料。然而,这两种材料存在一些技术难题,亟待人们的解决。如LiFePO4的本征电导率很低,往往需要在其表面包覆一层导电性物质,以改善其倍率性能;LiMn2O4存在尖晶石结构不太稳定、容易发生Jahn-Teller效应、以及高温时循环性能不佳等问题。这些问题严重阻碍了这两种材料的实用化进程。本文针对这些问题,首先通过高温固相法分别制备了具有单一结构的LiFePO4和LiMn2O4正极材料,而后通过纳米碳管掺杂和表面SiO2包覆的方法在一定程度上解决了 LiFePO4倍率性能不佳和LiMn2O4高温条件循环性能不好等问题,具体而言主要取得了如下结果:(1)由于高温烧结过程中,部分锂盐受热分解,因此,人们在制备过程中通常会加入过量锂盐,以弥补上述过程中锂盐损耗所造成的影响。由于Li3PO4是一种电的不良导体,若加入过量Li3PO4会导致本征电导率不足的LiFePO4电子迁移率更低。本文以Li3PO4为主要锂源,过量部分锂盐以Li2CO3代替,通过高温固相法制备了具有单一橄榄石型结构的LiFePO4正极材料,并进一步研究了 Li2CO3使用量对LiFePO4/C复合物各项理化性征和电化学性能的影响。研究表明:过量Li2CO3的加入不会破坏LiFePO4的晶体结构,相反,它的加入很好补充了烧结过程中锂盐的损耗。同时,与使用单一锂源制备的样品相比,它具有更高的振实密度。实验结果表明,Li2CO3过量6%的时候,制备的LiFePO4正极材料电化学性能最好,不同倍率条件下的首次放电比容量分别达到141.7 mAh·g-1(0.5C),125.2 mAh·g-1(1C),119.9mAh·g-1(2C),108.9mAh·g-1(5C),其中 2C 条件放电时,50 周循环以后容量保持率为94.6%;(2)鉴于LiFePO4本征电导率很低的缺点,本文在电极制备过程中加入少量纳米碳管,以改善它的电导率。实验结果显示,纳米碳管的掺杂效果随着电池充放电电流的增大愈加明显,尤其是掺杂比例为0.5%的样品效果最好;(3)以价格低廉的Li2CO3和MnO2作为初始原料,通过高温固相法制备了尖晶石型LiMn2O4正极材料。使用TG/DTG、XRD、SEM、充放电测试等手段对材料制备条件、晶体结构、形貌、电化学性能等进行了研究。实验发现,初始原料配比为Li/Mn=1.04/2,750℃热处理8h制备的样品电化学性能最好:常温1C循环,首次放电比容量为93.7 mAh·g-1,50周以后的容量保持率为96.7%;(4)尖晶石型LiMn2O4高温循环性能不好,因此本文以SiO2为包覆基质,对其进行表面处理。通过XRD,SEM等分析技术对表面处理前后的LiMn2O4进行表征并结合电化学性能测试结果,考察了正硅酸乙酯(TEOS)在不同体系(甲醇和乙醇体系)中的水解效果以及表面处理工艺对LiMn2O4材料电化学性能的影响。实验结果显示,SiO2包覆的样品其高温循环性能较未包覆的好;同等条件下,甲醇体系处理的样品包覆效果较乙醇好,这可能与TEOS在两种介质中的水解动力学相关;在55℃、1C充放电制度下,甲醇体系中包覆2.0%SiO2的样品50周循环以后的放电比容量为86.2mAh/g,为初始容量的84.5%。

关键词： 锂离子电池   功能化电解液   添加剂   磷酸铁锂   锰酸锂  

摘要： 离子液体由于具有极低的蒸气压、不易燃、以及良好的热稳定性等优点,极有可能作为下一代新型绿色电解液或添加剂应用于锂离子电池中。本论文首先探讨了一种功能吗啉阳离子离子液体:N-（3-腈基丙基）-N-甲基吗啉二（三氟甲基磺酰）亚胺（CNMorTFSI）作为1M LiPF6/EC:DMC（1:1, Vol）有机电解液添加剂应用于锂离子电池中的可能性。恒流充放电测试结果表明在充放电倍率为1C、电压范围为2.5-4.0V条件下,加入10wt% CNMorTFSI,Li/LiMn2O4电池性能没有变差,且电池循环性能优于含10wt% EtMeImTFSI有机电解液的的电池性能。 磷酸铁锂（LiFePO4）被认为是锂离子电池最有发展前途的正极材料之一。本论文在总结前人工作的基础上,系统研究了电解液的溶剂体系以及添加剂种类和用量等对LiFePO4/MCMB电池常温（25°C）、高温（55°C）循环性能及低温（-20°C）放电性能的影响。 研究了二元溶剂体系1mol L-1 LiPF6 /EC:EMC （1:2, Vol）中加入不同反应机理的成膜添加剂PA1或DA1后对电池常温和高温循环性能的影响。发现添加剂的加入可以提高LiFePO4/MCMB电池的常温循环性能,但是会降低电池在高温下的循环性能。 研究了三元溶剂体系1mol L-1 LiPF6 /EC:EMC:DMC（1:1:1, Vol）中加入不同添加剂后对电池性能的影响。发现与纯三元溶剂体系相比,加入单一成膜添加剂可以提高LiFePO4/MCMB电池的低温性能;两种成膜添加剂联用可以提高电池常温循环性能但是不能兼顾电池的高温或低温性能;三种添加剂的联合使用可以改善LiFePO4/MCMB电池综合性能（电池常温、高温循环性能及低温放电性能）,其中1mol L-1 LiPF6 /EC:EMC:DMC（1:1:1, Vol）+2.0wt% PA1+2.0wt% DA1+0.7wt% LA1的LiFePO4/MCMB电池综合性能优于使用商用电解液8022的LiFePO4/MCMB电池性能。 研究了四元溶剂体系中1mol L-1 LiPF6 /EC:DMC:DEC:EMC （1:1:1:3, Vol）加入不同添加剂后对电池常温和高温循环性能的影响。发现加入PA1、或PA1与DA1联用、或PA1、DA1、LA2联用,电池常温及高温循环性能均不理想。

关键词： 太阳能光伏储能系统   锂离子电池   磷酸铁锂   低温   电解液  

摘要： 太阳能光伏储能系统的发展,其系统的储能技术引起广泛关注。其中化学储能技术中,锂离子电池功率和能量密度高,对于太阳能光伏储能系统来说是非常重要的。而锂离子电池经常受限于温度影响,低温下锂离子电池电化学性能下降,降低了系统能量转化效率。因此研究锂离子电池低温电化学性能是对于光伏储能系统具有极其重大意义。本文针对锂离子电池低温电化学性能以及光伏储能系统进行了研究,可分为两部分： 1.研究不同溶剂配比电解液1.0 M LiPF6-EC/PC/EMC在-40℃-25℃的电化学性能,分析得出电解液电导率很大程度上依赖电解液的成分和有机溶剂的比例。PC和EMC可以作为一种有效降低电解液凝固点共溶剂,有效拓宽了锂离子电池温度范围。电解液1.0 M LiPF6/EC-PC-EMC在常温和低温下都有较高电导率、良好的循环性能、倍率性能和较高容量保持率等,但其性能最好成分是PC体积百分比为11%的电解液,并且电解液中PC体积百分比不要超过33%。阻抗分析表明电解液1.0 M LiPF6/EC-PC-EMC (1:0.5:3)在低温下有较高电导率,在电极上SEI膜电阻小,成膜性能好。 2.设计并组装太阳能光伏储能系统,对磷酸铁锂锂离子蓄电池进行充放电测试。在杭州市区冬季和6月份的梅雨季节不适应使用太阳能光伏储能系统,对电池使用寿命不利。并且190 W的太阳能光伏储能系统,在一天充电时间为5-7个小时后,能够产生100-300 W能量,一个月产生1000-4000 W能量。该系统延长了太阳能光伏储能系统的蓄电池维护更换周期及使用寿命,提高了整体可靠性,优化了充放电方式。

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   碳包覆   超临界水  

摘要： 锂离子电池以其工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等特点而受到人们的重视和青睐。目前锂离子电池正极材料由于价格、安全性和电化学性能等方面原因,在动力锂离子电池中的应用受到限制。磷酸铁锂具有原料廉价、无毒、工作电压适中和结构稳定等特点,被认为是最具潜力的锂离子电池正极材料。本文建立了超临界水快速连续合成磷酸铁锂纳米颗粒的工艺并对磷酸铁锂进行了碳包覆研究。研究了反应浓度、反应温度和反应压力等因素对磷酸铁锂的大小、结晶度和形貌的影响并解释了相关机理,探究了煅烧温度、碳源、包碳方式等对磷酸铁锂碳包覆的影响,采用SEM、TEM、DLS和XRD等分析手段表征了目标产物的大小、形貌和结晶度,同时采用恒流充放电测试、循环伏安等测试手段对材料的电化学性能进行分析。 选用两种不同的反应器制备LiFePO4,通过计算机模拟两种不同反应器内流体流动的速度场,结果表明,2号反应器在三股流体混合处的流速最高值可到达0.05m/s以上,而1号反应器在混合点处的最高流速只有0.035m/s,在混合点处2号反应器具有更好的混合效果。通过对比两种反应器相同条件下得到的样品的SEM图和XRD图谱, 1号反应器所得样品颗粒较小,但是分布不均匀,且颗粒丰度也不如2号反应器所得样品。综合比较,选择2号反应器进行临界连续水热法制备LiFePO4的工艺条件探究。 研究了超临界连续水热合成纯相的LiFePO4材料的最佳制备工艺,并对在最佳制备条件下成功制备出的LiFePO4材料进行了电化学测试。预热温度对磷酸铁锂的结晶度有明显影响。较低的预热温度时,压力对颗粒的影响表现为对其结晶度和形貌的影响;较高的预热温度时,所得磷酸铁锂颗粒皆具有较好的结晶度,此时压力对颗粒的影响表现为对其大小的影响。反应温度和反应液浓度对颗粒大小和形貌有影响。随着反应温度的增加,颗粒尺寸变大,但粒度分布更加均匀;低的反应液浓度有利于得到更小的纳米颗粒。在反应温度为380℃,预热温度405℃,反应压力27MP,Fe2+浓度为0.015mol/L,反应时间为40s的最优化条件下得到了平均粒度为90nm的高结晶度、橄榄石状的磷酸铁锂。对此材料进行电化学测试,其在0.1C电流密度下的放电容量可以达到103mAh/g,通过对材料进行循环伏安测试,可以判断所得材料的电极反应可逆性良好。 通过直接在反应液中加入碳源、直接煅烧对磷酸铁锂的碳包覆进行了探索,对比煅烧温度、碳源、包碳方式等对LiFePO4的碳包覆进行优化并对优化后的样品进行相应的电化学性能的表征。将磷酸铁锂粉末葡萄糖的水溶液后经超声、蒸发、干燥得到磷酸铁锂与碳源混合物,再进行煅烧是最优的包碳方式;样品与碳源混合物在600℃下煅烧2h,碳源可以完全碳化且能够包覆在磷酸铁锂表面;不同的碳源不影响磷酸铁锂的晶型,混合物中葡萄糖和柠檬酸基本全部碳化,以柠檬酸为碳源制备的样品团聚现象较为严重且所得颗粒的粒径较大。使用纯磷酸铁锂与碳源煅烧的方法成功制备LiFePO4/C纳米颗粒,磷酸铁锂颗粒表面形成了约为10nm左右厚度碳层,对该材料电化学表征,在0.1C时,所制备的样品首次放电容量为150.3 mAh/g,材料电极反应可逆性很好,具有很好的导电性。

关键词： 锂离子电池   正极材料   磷酸铁锂   水热合成   多孔微米球   电化学性能  

摘要： 化石燃料与生物代谢排放的废气在污染大气层的同时,也拉响了全球变暖的警报。此外,对国外的石油与天然气资源的依赖影响国家的安全与稳定。因此,很多国家集中精力研发新能源技术,希望以电动机替代内燃机。　　在移动电话与笔记本电脑中使用的锂离子电池拥有很高体积比容量和质量比容量。不过,价格高昂、安全隐患、储能密度、倍率性能以及使用寿命等方面的缺陷,依旧制约着电动车的市场潜力。橄榄石型磷酸铁锂(Lithium Iron Phosphate LiFePO4)正极材料的理论比容量高、价格低廉、环境友好、循环性能优良、安全性能突出,被认为是最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。由于存在的电子导电率、锂离子扩散速率以及振实密度偏低的问题,一直阻碍其在动力电池上的大规模应用。　　磷酸铁锂的电化学性能与其形貌有密切的关系。本文通过水热法合成了一系列磷酸铁锂正极材料,探索不同的制备条件对磷酸铁锂的粒径、形貌、振实密度的影响,以及对电化学性能的影响。主要内容包括以下两个方面:　　1.采用一系列磷酸的酸式铵盐代替磷酸,通过水热法制备粒度均匀的磷酸铁锂正极材料,寻找温和的反应条件并降低锂的消耗量。通过XRD、SEM、振实密度测试分析其纯度、形貌、振实密度,组装电池后进行电化学性能测试。选取最优实验组并通过蔗糖进行改性,获得一系列多级结构的多孔微米球LiFePO4正极材料,该组材料的0.1C的放电容量约为150mAh/g;进行充放电循环100次之后,其容量保持率超过95％。振实密度都超过1.3g/cm3。　　2.针对水热法制备的LiFePO4低电导率导致的充放电曲线无平台的缺点,通过烧结工艺进行改性,通过XRD、SEM、振实密度测试分析其纯度、形貌、振实密度,组装电池后进行电化学性能测试。经电化学性能测试发现,烧结后的微米球LiFePO4材料的充放电容量可达150mAh/g以上,放电平台稳定在理论值3.45V附近,脱嵌90％的锂离子之后,放电平台才开始下降。进行充放电循环100次之后,发现其循环曲线平稳,容量保持率超过95％。

关键词： 能源   软包   磷酸铁锂动力电池   谢志成   锂离子电池   锂离子二次电池   锂电池   镍氢充电电池   股份有限公司   股份公司   二次电池   蓄电池   电动汽车   电动车辆   新能源电池  

摘要： 能源,是人类生存发展中永恒的共同话题。当今世界,环境危机与能源危机是人类社会无法再回避的重大挑战,继以芯片和软件为核心产品的信息革命之后,以新能源发电和电池为核心产品的新能源革命在世界范围内风起云涌,一时间,新能源行业内,群雄逐鹿,竟显风流。能一郎科技股份有限公司就是驰骋其间,后来居上的一匹黑马。

关键词： 磷酸铁锂   专利   分析  

摘要： 磷酸铁锂是目前被广泛关注的锂离子电池正极材料。对磷酸铁锂电池技术中国专利申请进行了统计和分析,指出我国在该技术上的专利申请特点和存在的问题,并结合分析结果,对我国磷酸铁锂专利技术发展提出了几点建议,为相关企业和科研机构进一步研发和市场应用提供参考。

关键词： 磷酸铁锂电池   电池管理系统   神经网络   剩余电量   电量均衡  

摘要： 为了缓解能源危机和改善环境污染问题，世界各国和各大汽车生产企业都在大力研究和发展电动汽车和混合动力汽车。作为混合动力汽车的功能单元，电池管理系统的作用是采集动力电池的电压、电流、温度等外特性，估算电池剩余电量以及实时与整车控制器进行通信。能够显示汽车的续航里程、确保行车的安全性以及延长电池的使用寿命。所以研究电池管理系统具有重要意义。 论文首先介绍了混合动力汽车及电池管理系统的现状及未来发展趋势，然后分析和研究了磷酸铁锂的工作原理及充放电特性。在分析研究现有电池荷电状态(SOC)估算方法的前提下，建立基于径向基函数神经网络电池模型估算荷电状态，并且对模型进行测试与仿真。接着设计电池管理系统的硬件电路和软件程序，硬件电路的主控芯片是Cypress公司的CY8C5588可编程片上系统，具体电路包括电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路、均衡电路以及CAN通信电路等功能模块。软件上首先设计了系统总体流程，然后又分别设计了外特性采集、SOC估算、均衡、故障诊断和通信子模块流程。最后简要介绍了搭建的实验台架，并对实验设备的组成和实验方案做了相应说明。对电池和管理系统在实验台架上进行大量的实验，验证系统的采集、均衡控制、通信及SOC估算等功能。

关键词： 锂离子电池   LiFePO4   回收   再利用  

摘要： 能源枯竭，环境污染已经成为当今社会不得不面对并急需解决的问题。随着电动汽车的发展，以磷酸铁锂作为正极材料的动力电池得到了广泛的应用，废旧锂离子电池的数量也将逐年增加。废旧锂离子电池的回收利用，不仅能够减轻对环境的影响，同时还能带来一定的经济效益。目前对废旧磷酸铁锂电池的回收研究比较少。 废旧锂离子电池的回收利用研究主要集中于电池中正极活性物质的回收利用。文章中首先研究了磷酸铁锂正极片的回收与再利用，分别研究了有机溶剂、酸碱对分离效果以及合成LiFePO样品表面形貌、结构和电化学性能的影响。由于有机溶剂方法分离需要加热，而有机溶剂容易挥发，不仅能够造成有机溶剂的浪费，同时也可能对空气造成污染。溶解沉淀法工艺比较复杂，并且需要持续加热，这也造成了资源的浪费。碱溶液处理方法工艺简单，能够实现活性物质的回收再利用。 其次，研究了电池的综合回收与再利用方法，实验结果表明能够通过该方法实现电池的回收及再利用。对电池回收得到的材料在0.1C倍率下的首次充放电容量达到130.9mAh·g，0.5C倍率下的首次充放电容量达到113.3mAh·g，100次循环后放电比容量为112.5mAh·g，容量保持率为99%。同时考察了煅烧温度对回收材料的电化学性能的影响。烧结温度为700℃的回收电极材料在结晶度、首次充放电、倍率性能和循环性能上的表现优于烧结温度为600℃和800℃时得到的电极材料。