随着锂电池在动力和储能等领域得到广泛应用,锂电池的寿命问题成为限制其发展的重要桎梏。电池处于存储状态时也会发生性能衰退而影响寿命,因此,研究电池自放电过程中的阻抗变化以表征内部电化学反应与结构相变过程,对于电池寿命模型完...随着锂电池在动力和储能等领域得到广泛应用,锂电池的寿命问题成为限制其发展的重要桎梏。电池处于存储状态时也会发生性能衰退而影响寿命,因此,研究电池自放电过程中的阻抗变化以表征内部电化学反应与结构相变过程,对于电池寿命模型完善有十分重要的意义。基于此,该文通过容量增量曲线对电池容量衰减的内因展开分析;在不同影响因素下自放电过程中电池阻抗谱变化规律的基础上,利用弛豫时间分布法进行理论原理分析;最后,在电池自放电老化过程的原理推导的基础上总结电池容量衰减量随时间的变化规律,并结合实验数据建立不同影响因素下电池容量衰减模型。结果表明,在存储过程中,电池的固体电解质界面(solid electrolyte interface,SEI)膜内阻增大,且存储温度越高、初始充电状态(state of charge,SOC)越大,相应的阻抗增加幅度越大。自放电过程电池老化主要原因是可循环活性锂离子的消耗和SEI膜的生长。同时该文推导出电池容量损失与时间近似呈0.5次方关系,并利用实验数据拟合得到电池在不同初始SOC和不同存储温度影响下的容量变化模型,为锂电池寿命模型预测提供更进一步的参考。展开更多
退役电池在进行梯次利用之前需要对其参数进行测试与评估,以保证后续依据电池的性能为其选择适合的应用场景。健康状态(state of health,SOH)的准确评估是退役动力电池是否有梯次利用价值的前提。针对目前退役动力电池SOH评估准确性低...退役电池在进行梯次利用之前需要对其参数进行测试与评估,以保证后续依据电池的性能为其选择适合的应用场景。健康状态(state of health,SOH)的准确评估是退役动力电池是否有梯次利用价值的前提。针对目前退役动力电池SOH评估准确性低的问题。本工作首先利用弛豫时间分布法对电化学阻抗谱进行分析,用以得到其中能准确反应电池健康状态的特征频率,将特征频率对应的阻抗数据作为特征输入参量,输入麻雀算法优化的极限学习机模型以实现退役动力电池SOH的评估。为了验证评估方法的有效性,针对7只方形磷酸铁锂退役电池进行循环老化实验,并在每个循环周期后进行电化学阻抗测试。使用退役动力电池的实际的电化学阻抗谱用于分析与建模实现SOH评估,并将结果与实际的SOH数据进行对比,并与传统的SOH评估方法进行了对比。评估结果表明,相较于其他方法采用弛豫时间分布法进行分析的均方误差(mean square error,MSE)与平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)更低。相较于使用未优化的极限学习机模型,MSE和MAPE分别降低了47.1%和60.5%,表明本文的SOH评估方法具有更小的误差和更高的准确性,在实际的梯次利用中很有应用价值。展开更多
热电池作为一种一次贮备电池,具有高比能、高功率密度等优势,然而开发高比容量与高热稳定性的新型正极材料以适应新时期的热电池需求仍然存在巨大的挑战。Wadsley-Roth晶体剪切结构的铌钨氧化物作为锂离子电池负极材料表现出优异的倍率...热电池作为一种一次贮备电池,具有高比能、高功率密度等优势,然而开发高比容量与高热稳定性的新型正极材料以适应新时期的热电池需求仍然存在巨大的挑战。Wadsley-Roth晶体剪切结构的铌钨氧化物作为锂离子电池负极材料表现出优异的倍率和循环循环性,其中Nb_(12)WO_(33)因内部具有独特的3D隧道,可以为Li+提供快速的脱嵌通道,因而具有优异的储锂性能。鉴于其具有较好的热稳定性及电化学稳定性,本文首次提出将Nb_(12)WO_(33)作为热电池正极材料,并在室温下使用电化学阻抗谱(EIS)来探究材料内部电子电导率阻抗变化规律。研究发现Nb_(12)WO_(33)电极电化学阻抗谱测试的Nyquist图显示在工作平台电位范围内,高、中频区出现了三个圆弧的独特现象,这主要归属于电子在Nb_(12)WO_(33)电极内部的传导,而与电子电导相关的电阻呈现先增大后降低的规律。采用该材料构筑的热电池单体电池在500℃、500 m A·g^(-1)的电流密度(截止电压1.5V)下放电,其具有436.8m Ah·g^(-1)的高比容量,脉冲放电的平均极化内阻为0.52Ω。因此,Nb_(12)WO_(33)作为高比容量、高热稳定性热电池的正极材料非常具有潜力,本研究为其他铌钨氧化物作为热电池正极材料的研究开辟了新道路。展开更多
对电池特性的深刻认识是电池应用研究的重要基础,而弛豫时间分布(distribution of relaxation times,DRT)法是解析电池阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)、提取电极过程动力学信息和电池建模的有效手段。然而,DRT函...对电池特性的深刻认识是电池应用研究的重要基础,而弛豫时间分布(distribution of relaxation times,DRT)法是解析电池阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)、提取电极过程动力学信息和电池建模的有效手段。然而,DRT函数的求解是一个典型的不适定问题,经典的数值积分方法无法保证解的存在性或唯一性。首先采用分段线性插值近似连续的DRT函数;再通过正则化方法改善问题的不适定性,将DRT函数的求解归结为严格的凸二次规划(quadratic programming,QP)问题;进而运用有效集法(active set method,ASM)得到DRT函数的最优近似解。基于该方法解析液态金属电池的阻抗谱,并简要分析其内阻特性。研究结果表明:该方法为全局收敛,收敛速度快,计算精度高;得到的DRT函数近似解既精确、稳定,又具有明确的物理意义。在电池机理分析和建模中,该方法具有显著的潜在应用价值。展开更多
文摘随着锂电池在动力和储能等领域得到广泛应用,锂电池的寿命问题成为限制其发展的重要桎梏。电池处于存储状态时也会发生性能衰退而影响寿命,因此,研究电池自放电过程中的阻抗变化以表征内部电化学反应与结构相变过程,对于电池寿命模型完善有十分重要的意义。基于此,该文通过容量增量曲线对电池容量衰减的内因展开分析;在不同影响因素下自放电过程中电池阻抗谱变化规律的基础上,利用弛豫时间分布法进行理论原理分析;最后,在电池自放电老化过程的原理推导的基础上总结电池容量衰减量随时间的变化规律,并结合实验数据建立不同影响因素下电池容量衰减模型。结果表明,在存储过程中,电池的固体电解质界面(solid electrolyte interface,SEI)膜内阻增大,且存储温度越高、初始充电状态(state of charge,SOC)越大,相应的阻抗增加幅度越大。自放电过程电池老化主要原因是可循环活性锂离子的消耗和SEI膜的生长。同时该文推导出电池容量损失与时间近似呈0.5次方关系,并利用实验数据拟合得到电池在不同初始SOC和不同存储温度影响下的容量变化模型,为锂电池寿命模型预测提供更进一步的参考。
文摘热电池作为一种一次贮备电池,具有高比能、高功率密度等优势,然而开发高比容量与高热稳定性的新型正极材料以适应新时期的热电池需求仍然存在巨大的挑战。Wadsley-Roth晶体剪切结构的铌钨氧化物作为锂离子电池负极材料表现出优异的倍率和循环循环性,其中Nb_(12)WO_(33)因内部具有独特的3D隧道,可以为Li+提供快速的脱嵌通道,因而具有优异的储锂性能。鉴于其具有较好的热稳定性及电化学稳定性,本文首次提出将Nb_(12)WO_(33)作为热电池正极材料,并在室温下使用电化学阻抗谱(EIS)来探究材料内部电子电导率阻抗变化规律。研究发现Nb_(12)WO_(33)电极电化学阻抗谱测试的Nyquist图显示在工作平台电位范围内,高、中频区出现了三个圆弧的独特现象,这主要归属于电子在Nb_(12)WO_(33)电极内部的传导,而与电子电导相关的电阻呈现先增大后降低的规律。采用该材料构筑的热电池单体电池在500℃、500 m A·g^(-1)的电流密度(截止电压1.5V)下放电,其具有436.8m Ah·g^(-1)的高比容量,脉冲放电的平均极化内阻为0.52Ω。因此,Nb_(12)WO_(33)作为高比容量、高热稳定性热电池的正极材料非常具有潜力,本研究为其他铌钨氧化物作为热电池正极材料的研究开辟了新道路。
文摘对电池特性的深刻认识是电池应用研究的重要基础,而弛豫时间分布(distribution of relaxation times,DRT)法是解析电池阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)、提取电极过程动力学信息和电池建模的有效手段。然而,DRT函数的求解是一个典型的不适定问题,经典的数值积分方法无法保证解的存在性或唯一性。首先采用分段线性插值近似连续的DRT函数;再通过正则化方法改善问题的不适定性,将DRT函数的求解归结为严格的凸二次规划(quadratic programming,QP)问题;进而运用有效集法(active set method,ASM)得到DRT函数的最优近似解。基于该方法解析液态金属电池的阻抗谱,并简要分析其内阻特性。研究结果表明:该方法为全局收敛,收敛速度快,计算精度高;得到的DRT函数近似解既精确、稳定,又具有明确的物理意义。在电池机理分析和建模中,该方法具有显著的潜在应用价值。
