锂电池低温电解液优化策略:挑战、进展与多维度协同设计

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作者 李瑶 薛天杨 +3 位作者 谢正娇 钱骥 李丽 陈人杰 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第10期3715-3729,共15页

随着可再生能源技术的快速发展,锂电池作为高效储能装置在电动汽车、航空航天及军事装备等领域应用广泛。然而,在低温环境下电池性能显著下降,主要表现为离子电导率降低、锂枝晶生长加剧及界面副反应增多,严重限制了其在极端温度场景下... 随着可再生能源技术的快速发展,锂电池作为高效储能装置在电动汽车、航空航天及军事装备等领域应用广泛。然而,在低温环境下电池性能显著下降,主要表现为离子电导率降低、锂枝晶生长加剧及界面副反应增多,严重限制了其在极端温度场景下的应用。电解液作为锂离子运输过程中必不可少的组成部分,在扩大电化学稳定电位窗口、抑制副反应、优化电池性能等方面发挥着关键作用。本文系统综述了低温电解液的失效机制及多维度协同优化策略,旨在为高性能低温电解液的设计提供理论指导。本文首先从离子传输、电极与电解液界面性质和溶剂化结构三个方面介绍了在低温下导致电解液失效的原因。然后从溶剂、导电锂盐及添加剂三个方面介绍了近年来与锂电池电解液组分调控相关的研究进展。之后介绍新型低温电解液,主要包括弱溶剂化电解液、离子液体电解液、液化气体电解液(LGE)以及局部高浓电解液。结果表明,在低温条件下,调控电解液组分可以改善电池的离子电导率、抑制枝晶生长以及提高电池性能,是解决上述问题最简便、最有效的策略之一。最后,本文还展望了该领域未来的研究方向。 展开更多

关键词 锂离子电池 锂金属电池 低温电解液 固体电解质界面 溶剂化结构

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增强型自适应水凝胶电解质构筑高性能锌空气电池

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作者 陈诺 赖静宁 +1 位作者 黄永鑫 陈人杰 《电源技术》 北大核心 2025年第9期1831-1839,共9页

固态锌空气电池(ZABs)在柔性储能系统中展示出广阔的应用前景。通过冻融循环法,将透明质酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)和锌盐复合制备出增强型自适应中性水凝胶电解质,并系统分析其物化特性及电化学性能。结果表明:SA和水分子之间的强氢键作... 固态锌空气电池(ZABs)在柔性储能系统中展示出广阔的应用前景。通过冻融循环法,将透明质酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)和锌盐复合制备出增强型自适应中性水凝胶电解质,并系统分析其物化特性及电化学性能。结果表明:SA和水分子之间的强氢键作用赋予材料优异的自适应力学性能、保水能力及热稳定性;氢键的形成有效降低了水的活性,从而抑制了析氢副反应和锌枝晶生长;此外,SA与Zn^(2+)之间的强结合能显著改变了Zn^(2+)的传输路径。得益于这一优化设计,对称电池在0.4 mA/cm^(2)电流密度下可稳定循环超过5000 h,ZABs全电池的循环寿命和全放电容量均得到显著提升。 展开更多

关键词 锌空气电池 水凝胶电解质 氢键作用 自适应

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柴油温度对燃烧火焰温度和碳烟生成的影响 被引量：13

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作者 何旭 徐一凡 +3 位作者 王路 徐雨轩 周扬 刘福水 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期97-105,共9页

通过定容燃烧弹,采用双色法研究不同柴油温度对冷起动过程中燃烧火焰温度和碳烟生成特性的影响,获取缸内燃烧火焰温度分布和表征碳烟分布的KL因子.结果表明:在喷油后3.5~6.0 ms的燃烧稳定时期,柴油温度为40℃的火焰中大于2200 K的区域约... 通过定容燃烧弹,采用双色法研究不同柴油温度对冷起动过程中燃烧火焰温度和碳烟生成特性的影响,获取缸内燃烧火焰温度分布和表征碳烟分布的KL因子.结果表明:在喷油后3.5~6.0 ms的燃烧稳定时期,柴油温度为40℃的火焰中大于2200 K的区域约占60%,柴油温度为20℃的火焰中大于2200 K的区域约占55%,柴油温度为0℃的火焰中大于2200 K的区域约占40%.随着柴油温度的降低,柴油蒸发吸热量增加,局部范围内温度下降,使火焰高温区面积减小,火焰温度总体降低.在燃烧稳定的时期,柴油温度为40、20和0℃时,KL因子大于0.9的碳烟较多的区域分别占60%、50%和40%.随着柴油温度降低,着火滞燃期增加,油、气混合的时间增长,局部空燃比更大,导致KL因子随着柴油温度的降低而减小. 展开更多

关键词 柴油机 定容燃烧弹 双色法 冷起动 火焰温度 KL因子

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锂离子电池固体电解质的研究与进展 被引量：4

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作者 穆道斌 谢慧琳 吴伯荣 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2020年第4期415-427,共13页

固态锂离子电池因具备能量密度高、安全性能好等优点,已经成为了未来动力电池的主流发展方向。该文详细梳理了固态锂离子电池的组成和特性以及其核心组成部分─固体电解质的类型与研究进展;简述了当前固态锂离子电池的研发现状,重点阐... 固态锂离子电池因具备能量密度高、安全性能好等优点,已经成为了未来动力电池的主流发展方向。该文详细梳理了固态锂离子电池的组成和特性以及其核心组成部分─固体电解质的类型与研究进展;简述了当前固态锂离子电池的研发现状,重点阐述了石榴石型锂镧锆氧(Li7La3Zr2O12)基固体电解质在改善锂离子电导率以及界面调控的研究。该类型固体电解质凭借良好的室温离子电导率、优异的金属锂复合相容性,以及在应用环境下可靠稳定的突出特性,有望成为未来全固态锂离子动力电池的重要组成单元。指出固体电解质材料的研发势将会对未来固态锂离子动力电池乃至电动汽车领域的发展提供巨大的推力,前景广阔。 展开更多

关键词 电动汽车 固态锂离子电池 固体电解质 锂镧锆氧(Li7La3Zr2O12) 安全性

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不同海拔条件下柴油燃烧火焰温度和碳烟特性研究 被引量：2

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作者 何旭 徐雨轩 +4 位作者 许锴 刘泽昌 向祺 张朝 魏巍 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期135-142,共8页

为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布.结果表明,随着海拔由0 m增加至20... 为了研究海拔条件对柴油机冷起动阶段柴油燃烧过程的影响,在定容燃烧弹台架上模拟了平原和海拔2000 m工况下柴油机缸内的热力学状态,利用双色法获取了不同工况下柴油火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子分布.结果表明,随着海拔由0 m增加至2000 m,环境温度、压力同时降低产生了耦合作用,导致柴油滞燃期由2.0 ms增大至3.13 ms.海拔升高后,柴油燃烧过程中平均火焰温度降低,局部高温区域消失,KL因子总量减少.海拔条件变化影响了碳烟特性和火焰温度的关系.随着海拔升高,火焰温度降低,导致碳烟氧化主导阶段碳烟氧化速率降低,局部火焰温度对局部碳烟浓度的影响减小. 展开更多

关键词 柴油机 燃烧 双色法 火焰温度 碳烟特性 海拔

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二维层状氮化二钙作为钠离子电池负极材料

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作者 陈光海 白莹 +1 位作者 吴锋 吴川 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期366-368,共3页

以Ca_3N_2为前驱体,用高温热解法制备了2D层状结构Ca_2N并用X射线和扫描电镜对Ca_2N的组成、结构和形貌进行了表征。作为钠离子电池新型负极材料,在50 m A/g电流密度充放电,首次放电比容量可达584 m A·h/g,可逆比容量达180 m A... 以Ca_3N_2为前驱体,用高温热解法制备了2D层状结构Ca_2N并用X射线和扫描电镜对Ca_2N的组成、结构和形貌进行了表征。作为钠离子电池新型负极材料,在50 m A/g电流密度充放电,首次放电比容量可达584 m A·h/g,可逆比容量达180 m A·h/g。在2000 m A/g大电流密度下,仍有70 m A·h/g。 展开更多

关键词 氮化二钙 二维层状结构 钠离子电池 负极材料

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AC/DC整流器并联均流新型下垂控制策略 被引量：4

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作者 李文善 温旭辉 张剑 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第7期62-72,共11页

为降低传统下垂控制造成的母线电压衰减,提出一种基于AC/DC整流器等效阻抗差的改进型下垂控制策略,并应用于解决中小型运载器的发供电系统均流问题。分析了AC/DC整流器的dq轴模型及其等效电路,并据此给出等效阻抗计算式。在确定并联整... 为降低传统下垂控制造成的母线电压衰减,提出一种基于AC/DC整流器等效阻抗差的改进型下垂控制策略,并应用于解决中小型运载器的发供电系统均流问题。分析了AC/DC整流器的dq轴模型及其等效电路,并据此给出等效阻抗计算式。在确定并联整流器的等效阻抗相对关系的前提下,建立AC/DC整流器输出电流差和电压差之间的数学模型,并以此为基础,针对等效阻抗较大的整流器设计下垂控制器。为验证所提策略的有效性,建立了永磁同步发电机—整流器并联系统的仿真模型和实验平台。仿真分析了等效阻抗和控制参数对均流性能的影响。仿真和实验结果表明,基于整流器等效阻抗差的下垂控制能够在降低母线电压衰减的基础上实现均流,该方法尤其适合高压小电流的AC/DC整流系统。 展开更多

关键词 AC/DC整流器 均流 下垂控制 母线电压衰减 等效阻抗差

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SiC MOSFET开关损耗测试方法研究 被引量：12

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作者 郑丹 张少昆 +5 位作者 李磊 曹瀚 范涛 宁圃奇 张瑾 温旭辉 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第9期2975-2982,共8页

准确测量金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxide-semiconductor,MOSFET)开关损耗,是正确评估碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET开关特性、优化驱动电路、降低损耗的前提。由于SiC MOSFET具有较高的开关速度,传统的双脉冲测试方法存... 准确测量金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxide-semiconductor,MOSFET)开关损耗,是正确评估碳化硅(silicon carbide,SiC)MOSFET开关特性、优化驱动电路、降低损耗的前提。由于SiC MOSFET具有较高的开关速度,传统的双脉冲测试方法存在测量延时、高频振荡等问题,导致损耗评估这一在Si IGBT时期并不严重的问题在SiC时代更加凸显。该文首先对理想开关过程进行分析,提出一种由开关时序特征来校准测量延时的方法,并考虑到实际开关过程中寄生参数的影响,对延时校准方法进行改进;其次分析开关暂态过程中的高频振荡,提出一种计算高频振荡产生附加开关损耗的方法,在保证器件安全的前提下,通过综合开关损耗最优原则对驱动电路参数进行筛选;最后以一款自主封装的全SiC MOSFET功率模块为例,对测试方法进行评估验证,设计结果应用于一款车用驱动控制器,和相同功率等级的Si IGBT控制器进行测试对比,证明文中方法的正确性和实用性。 展开更多

关键词 碳化硅MOSFET 开关损耗 延时补偿 振荡

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金属有机骨架材料在金属锂电池界面的应用 被引量：4

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作者 孙宇恒 高铭达 +5 位作者 李慧 徐丽 薛晴 王欣然 白莹 吴川 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第1期39-54,共16页

金属锂电池是下一代高能量密度电池体系的代表。然而,高比能金属锂电池的发展受到界面诸多问题的限制,如:金属锂负极枝晶生长、隔膜界面兼容性、正极界面不稳定等,影响了金属锂电池的界面传质传荷过程,并导致金属锂界面环境恶化、电池... 金属锂电池是下一代高能量密度电池体系的代表。然而,高比能金属锂电池的发展受到界面诸多问题的限制,如:金属锂负极枝晶生长、隔膜界面兼容性、正极界面不稳定等,影响了金属锂电池的界面传质传荷过程,并导致金属锂界面环境恶化、电池的容量衰减、安全性能下降等问题。金属有机骨架(MOF)是一种具有稳定多孔结构的有机无机杂化材料,近年来在高比能金属锂电池领域受到广泛关注。其多孔结构与开放的金属位点(OMs)提供了优异的离子电导率,稳定的空间结构提供了较高的机械强度,多样的官能团与金属节点带来丰富的功能性。本文分析了金属锂电池界面的主要挑战,结合金属锂界面的成核模型,总结了MOF及其衍生材料在解决锂金属负极界面、隔膜界面、以及正负极界面稳定性相互作用等方面的研究进展和作用机理,为解决高比能金属锂电池界面失稳问题提供了解决途径,并展望了MOF基材料的设计与发展方向。 展开更多

关键词 金属锂负极 金属有机骨架 界面防护 隔膜 电解液 金属锂电池

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电池柔性成组储能系统故障冗余控制策略 被引量：5

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作者 宋峻竑 张维戈 +1 位作者 梁晖 姜久春 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期1956-1968,共13页

近些年来,基于柔性成组技术的电池柔性成组储能系统因其输出谐波小、模块化程度高、电池容量利用率高,在新能源发电领域得到广泛关注;与此同时,由于储能系统功率等级高,模块间荷电状态不均衡,系统故障概率相应增大,故障情况复杂。该文提... 近些年来,基于柔性成组技术的电池柔性成组储能系统因其输出谐波小、模块化程度高、电池容量利用率高,在新能源发电领域得到广泛关注;与此同时,由于储能系统功率等级高,模块间荷电状态不均衡,系统故障概率相应增大,故障情况复杂。该文提出3种适用于不同故障情况的冗余控制策略,通过故障后改变基波相角或注入3次谐波的方式重构三相调制波,维持故障后系统正常工作,提高了电池利用率,避免直接停机带来的容量损失。对所提出的3种故障冗余控制策略进行比较,得出特定故障情况下的最佳控制策略,最大程度提高故障后系统能量利用率。最后通过仿真模型和10kW样机平台验证了所提出理论的正确性和有效性。 展开更多

关键词 多电平变流器 电池储能系统 柔性成组技术 故障冗余控制

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影响锂离子电池荷电状态估算精度的因素分析 被引量：1

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作者 张茁 刘建宇 +1 位作者 王璐平 金鹏 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2019年第3期342-348,共7页

为了考察引起荷电状态(SOC)估算误差各因素的不同作用,以3块磷酸铁锂电池组成的电池组为对象进行混合脉冲功率特性(HPPC)实验,二阶Thevenin电池模型为基础构建状态方程,利用无迹Kalman滤波(UKF)算法估算SOC,分析模型参数及输入电流、端... 为了考察引起荷电状态(SOC)估算误差各因素的不同作用,以3块磷酸铁锂电池组成的电池组为对象进行混合脉冲功率特性(HPPC)实验,二阶Thevenin电池模型为基础构建状态方程,利用无迹Kalman滤波(UKF)算法估算SOC,分析模型参数及输入电流、端电压、开路电压(OCV)误差对SOC估算的影响。结果表明:当在OCV、端电压及输入电流中各加入1%的噪声,或在电池的参数(欧姆内阻,极化电阻,极化电容)固定时,SOC估计的误差分别为19.1%、20.6%和小于3%;可见OCV和端电压对SOC估算精度影响较大,提高端电压的测量精度和OCV曲线拟合的准确性,可大幅减小锂电池SOC的估算误差。 展开更多

关键词 电池模型 无迹Kaltman滤波 荷电状态(SOC)估算 开路电压

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基于阻抗-电流模型的锂离子电池峰值功率估计

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作者 周宇欣 金鹏 +3 位作者 谢聪 刘建宇 艾庆辉 井元彬 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2020年第6期9-17,共9页

基于阻抗特性对电池的峰值功率进行预测,通过测量不同充放电电流下的电池阻抗特性,建立阻抗与电流模型。使用该模型估算电池当前状态下最大充放电电流,进而求得峰值功率。利用Arrhenius定理,考虑温度对电池阻抗的影响,基于电池在不同SO... 基于阻抗特性对电池的峰值功率进行预测,通过测量不同充放电电流下的电池阻抗特性,建立阻抗与电流模型。使用该模型估算电池当前状态下最大充放电电流,进而求得峰值功率。利用Arrhenius定理,考虑温度对电池阻抗的影响,基于电池在不同SOC、不同温度下的测试结果,利用Matlab拟合得出峰值功率与SOC、温度的关系。实验结果表明:通过新方法估算的峰值功率与多段脉冲实验法估算的峰值功率结果吻合。使用新模型得出的峰值功率有更高的精度,与真实值比较,相对误差为2%左右,验证了通过阻抗-电流模型获得电池峰值功率的可行性。 展开更多

关键词 锂离子电池 峰值功率 阻抗电流模型 Arrhenius定理 曲线拟合

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