液氮抑制32650型磷酸铁锂电池组热失控传播特性试验研究

文章从磷酸铁锂电池组热失控危险特性出发,通过试验研究32650型磷酸铁锂电池单体热失控特征及其电池组间热失控传播过程。探究利用液氮喷淋阻断电池组间热失控传播,分析液氮对磷酸铁锂电池的防灭火效能。结果表明:单体锂电池热失控可划分为被动加热、安全阀泄压、自反应、喷射火、明火熄灭等5个阶段,单体电池温度变化曲线呈倒“V”形。液氮可有效阻断电池组间的热失控传播,能够大幅降低喷射火阶段的电池峰值温度。且喷淋时间越长,阻止电池组热失控传播越明显。30 s液氮喷淋条件下,除电池A1外,其他电池未进入安全阀泄压阶段。

基于OCV模型优化的磷酸铁锂电池SOC估计

锂离子电池荷电状态(SOC)与开路电压(OCV)的关系曲线(OCV曲线)是影响其SOC估计精度的核心因素。针对小电流OCV(LO)测试耗时短但数据精度较低的问题,提出一种OCV模型及其优化方法。该方法基于LO测试的OCV数据,采用道格拉斯-普克算法和分段线性函数建立OCV模型。并将OCV曲线上的4个OCV点作为变量,建立了其他OCV点的随动模型,使曲线能够运用粒子群优化算法进行优化。基于优化后的OCV曲线,动态工况下的端电压估计绝对平均误差降低83.5%,采用自适应扩展卡尔曼滤波的SOC估计误差小于0.3%。该方法能够基于耗时短的LO测试获取准确OCV曲线,降低锂离子电池研究与应用的测试成本。

退役磷酸铁锂电池负极石墨的预锂化再生

对退役磷酸铁锂(LiFePO_(4))电池的负极石墨进行预锂化,使石墨变为锂碳化合物并进行热处理,从而实现石墨的晶型转变.将预锂化后的LiFePO_(4)电池热处理,回收得到的石墨经不同处理,所得样品分别与导电炭黑和黏结剂等物质进行混合制成新的电极,组装成电池后进行电池的性能测试.结果表明,在电流为0.1C的条件下,预锂化热处理的石墨样品经酸浸后所制成的纽扣电池平均放电比容量为322.3 mAh·g^(-1),远远高于其他对比组,其循环稳定性也强于人造石墨.说明退役电池负极石墨通过预锂化、热处理和酸浸处理后能够得到优质再生石墨.

优先提锂湿法工艺回收废旧磷酸铁锂电池

文章详细介绍了一种优先提锂湿法回收碳酸锂的工艺流程,先用碱除铝,再酸浸分离磷酸铁,除杂后沉锂,工艺流程简化、试剂消耗量小、锂浸出选择性较高,工艺经济效益相对更好,可以为磷酸铁锂电池回收企业提供一种工艺流程简化、试剂消耗量小、锂浸出选择性较高、工艺经济效益相对更好的工艺技术路线。

废旧磷酸铁锂电池机械化学固相氧化回收锂机理

采用K_(2)S_(2)O_(8)作为氧化剂,分别通过氧化浸出、机械活化联合氧化浸出、机械固相氧化联合水浸三种方法对废旧磷酸铁锂(LiFePO_(4))电池正极粉末进行处理。结果表明,在三种方式最优条件下,氧化浸出方式的Li浸出率为89.03%(质量分数)、机械活化联合氧化浸出方式的Li浸出率为92.36%(质量分数),机械固相氧化联合水浸方式的效果最佳,Li浸出率为98.26%(质量分数),此时Fe化合物与Li完全分离,选择性较高。通过添加K_(3)PO_(4)将浸出的锂离子以Li_(3)PO_(4)沉淀的形式提取回收,经电感耦合等离子体质谱仪检测,纯度可达98.67%(质量分数)。X射线衍射和X射线光电子能谱分析浸出机理,结果表明,在机械化学固相氧化过程中,机械力不仅诱导了LiFePO_(4)粒度的减小,还作为氧化反应的驱动力,使得Li^(+)迁出,Fe(Ⅱ)被氧化为Fe(Ⅲ),为之后的水浸过程提供了良好条件,实现了Li和Fe的选择性分离。

高性能磷酸铁锂电池补锂技术及机制

本工作采用正极磷酸铁锂(LiFePO_(4),LFP)搭配高容量石墨掺硅负极体系,以商业化富锂镍酸锂(Li_(2)NiO_(2),LNO)作为正极补锂添加剂,探究补锂技术对磷酸铁锂电池性能的影响及作用机制。通过对LNO的电化学性能、脱锂前后的结构组成与微观形貌变化进行测试与分析,发现LNO的不可逆容量可达212.1 mAh/g,而且脱锂后的LNO主要以仍具活性的Li_(0.63)Ni_(1.02)O_(2)形式存在。然后,将一定量的LNO添加至LFP正极浆料中制作成32 Ah软包电池,并进行容量、倍率、电化学阻抗和循环寿命等性能的测试与研究。结果表明:与基准组相比,添加质量分数3%的LNO补锂剂可以显著提升磷酸铁锂电池的性能,补锂组的能量密度和循环寿命分别提高4.9%和50%。此外,结合三电极测试方法,阐明了补锂技术对循环性能提升的作用机制。添加过量的正极补锂剂可促使部分活性锂预存于负极侧,在循环过程中进行缓慢释放,确保长期稳定的锂损失补偿,从而改善锂离子电池的循环寿命。该研究有助于推动正极补锂技术在储能电池中的应用,不仅为高性能磷酸铁锂电池的设计与开发提供理论和实验依据,也为硅基负极材料的商业化应用奠定基础。

不同放电功率下的储能用磷酸铁锂电池热失控特性实验研究

以某款52 Ah储能用方形磷酸铁锂电池单体为对象,采用400 W的外部热源、20.8~166.4 W(1~8 h)的恒功率放电以匹配电池工作状态下的热滥用条件,测量电池热失控过程中的表面温度和电压,记录热失控实验现象和关键时间点,对比研究不同放电功率对热滥用诱发热失控进程的影响。结果表明,放电操作会加速热失控的进程,且放电功率越大,热失控越早发生,从不放电到166.4 W恒功率放电,安全阀打开时间缩短了23.4%,热失控触发时间缩短了5.6%;与此同时,四组放电工况由于放出部分能量,最终热失控的严重程度有所降低,放电工况下的热失控最高温度和最大温升速率比不放电工况最高分别下降了9.0%和53.3%;另外,放电操作会造成热失控过程中电压更大的波动,后续电压下降的时间窗口前移至开阀时间附近,这将更有利于利用电压变化对热失控进行预警。总体而言,放电操作在加速热失控进程的同时,降低了热失控最终的严重程度。本工作可对电化学储能电站的日常安全运营和电池管理系统设计提供参考。

磷酸铁锂电池循环利用:从基础研究到产业化

磷酸铁锂(LiFePO_(4))电池因其良好的循环性、高安全性、低成本在电动汽车和储能领域得到广泛应用,市场保有量的持续增加引发了对废旧LiFePO_(4)电池循环利用的更多重视;然而LiFePO_(4)自身的价值属性不突出、综合回收技术壁垒偏高,导致废旧LiFePO_(4)电池的高值回收仍是LiFePO_(4)电池循环利用的关键问题。本文总结了LiFePO_(4)电池的退役路径和再生利用路径,从预处理、资源再生两方面梳理了LiFePO_(4)正极废料再生利用的研究进展,得出了直接再生更具应用潜能但仍处于技术初步研究阶段、间接再生适合原料复杂性较高或需要高价值资源储备情况的基本判断。着眼LiFePO_(4)正极废料再生利用产业化发展,识别出发展前提、发展关键、发展保障3个方面的产业化重要因素,展示了LiFePO_(4)全组分短程再生利用技术及其万吨级生产线应用案例。进一步阐述了退役电池残能检测、智能化拆解预处理、正极废料直接再生等LiFePO_(4)电池循环利用技术的发展趋势,原料来源及使用状况复杂、多种金属杂质精深脱除、正极材料更新换代等LiFePO_(4)电池循环利用技术的应用挑战,提出了规范管理并顺畅回收渠道、加快关键技术攻关与应用转化、加强宣传和推广力度以提高市场接受度等发展建议,以畅通LiFePO_(4)电池从基础研究到产业化的创新路径,促进LiFePO_(4)电池循环利用及关联产业绿色发展。

面向实车应用的磷酸铁锂电池容量辨识及特异性优化方法研究

锂离子电池作为电动汽车的重要部件之一,其健康程度直接影响车辆的续航能力、安全性能以及整体运行效率。其中,容量作为描述电池健康状态的重要指标,实车条件下的准确估计是一个难题。为此,本文提出一种结合安时积分与等效电路模型,将容量作为待辨识参数之一,通过粒子群优化算法以实现容量辨识的方法。在此基础上,聚焦于磷酸铁锂电池的电压特殊性,提出了一种面向慢充工况的特异性优化方法,以解决容量辨识过程中模型端电压拟合较差的问题,主要通过截取充电末期电压片段与使用双维度目标函数两种方法实现。本文基于两款搭载磷酸铁锂电池的电动汽车车型进行了精度验证。鉴于实车数据缺乏容量标签,本文首先基于静置充电片段计算容量作为标签值。由于标签数量不足,又采用小里程下的标称容量作为标签,通过这两种方法进行精度验证。结果显示,两款车型的平均绝对百分比误差分别为2.33%和3.38%,表明该方法具有较高的精度与适用性,为实车容量估计提供了一种思路与方法。

退役磷酸铁锂电池梯次利用生命周期评价与碳减排情景分析

以磷酸铁锂电池为研究对象,综合考虑梯次利用比例、使用周期及电池容量等因素,设定不同梯次利用场景,采用生命周期评价方法量化退役动力电池在梯次利用及后续报废处置阶段的环境影响,并对不同梯次利用率情景下的碳减排量进行分析.结果表明,与直接再生利用相比,储能、通信基站、低速电源三种梯次利用场景均表现为环境效益.其中,储能场景环境效益最大,其在气候变化、化石能源消耗、人体毒性-非致癌、陆地生态毒性指标等环境影响指标上均表现出相对优势.基于电池退役量和梯次利用去向,进一步计算出2023年全年磷酸铁锂电池梯次利用的碳减排量为1.05×10^(8) kg CO_(2)eq.当梯次利用率保持当前水平或以10%增长时,至2030年其全年碳减排量可达1.55×10^(9)kg CO_(2)eq.和5.98×10^(9)kg CO_(2)eq.,梯次利用具有良好的减污降碳环境表现.

磷酸铁锂电池生命周期资源耗竭特征化研究

磷酸铁锂(LFP)电池产量在我国处于领先地位,伴随着其产量的增加,资源耗竭潜力日渐增大,有必要对LFP电池的资源消耗强度进行评估。目前生命周期评价影响评价过程中有众多资源耗竭特征化方法。在本研究中,选取非生物资源耗竭潜值(ADP)、人为储量扩展的非生物资源耗竭潜值(AADP)、盈余矿石潜力(SOP)、热力学稀有度(TheRy)和累计㶲需求(CExD)五种方法评价LFP电池的资源消耗情况。结果表明:LFP电池生产过程的ADP值为2.29E-01 kg Sb eq,其中BMS制备过程的贡献最高,占85.24%,金为主要贡献资源;AADP值为2.38E-03 kg Sb eq,电池正极制备过程的贡献最高,占50.75%,镉为主要贡献资源;SOP值为1.26E+01 kg Cu eq,电池负极制备过程和正极制备过程的贡献均较高,分别占48.53%和44.82%,锂和石墨为主要贡献资源;TheRy值为3.18E+03 MJ,电池正极制备过程的贡献最高,占55.40%,铝和锂为主要贡献资源;CExD值为2.91E+02 MJ,电池负极制备过程的贡献最高,占56.19%,铜为主要贡献资源。

废旧磷酸铁锂电池集流体分离与正极材料再生

通过优化NaOH碱溶条件高效去除集流体黏结剂,保留完整铝箔;利用固相法再生LiFePO 4。当NaOH为0.8 mol/L、固液比20 mL/g、40℃反应10 min,正极材料的分离率达到99.78%,超声1 min后铝箔回收率为76%,解决了碱溶条件下铝箔回收的繁琐问题。球磨转速500 r、球磨5 h,补充10%高纯LiFePO 4的方式固相再生,再生LiFePO 4的最高放电比容量为新材料的94.75%,60次循环测试后为初始放电比容量的88.62%。

磷酸铁锂电池热失控传播特性的影响因素研究

以试验方式探究影响磷酸铁锂电池热失控传播的主要因素,设计了不同荷电状态、电池间距以及电气连接方式的电池模组开展热失控传播试验,根据温度、电压以及质量等参数,分析了不同因素对热失控传播的影响程度。结果表明,3种因素对热失控传播的影响程度依次为:荷电状态、电池间距、电气连接方式。同时得到导致热失控传播的主要传热路径是向下游电池传热。

大容量磷酸铁锂电池热失控行为及测试气氛影响规律研究

120 Ah磷酸铁锂电池在惰性气氛下的密封压力舱中进行热失控测试,记录电池本体温度、环境温度,分析产气组分占比,计算电池产气量、排气速率及可燃极限。作为对照,在空气气氛下开展相同条件的实验,以考察不同气氛对电池热失控过程的影响。电池热失控过程经历了“加热温升-开阀排气-热失控-冷却降温”多个阶段。热失控过程中,电池上方环境温度逐渐降低。两种气氛下的电池产气都具有较高的爆炸危险性,与惰性气氛相比,空气气氛下电池温度提高17.6%,热失控持续时间延长14%,产气量增加8.2%。

软包磷酸铁锂电池高温浮充后的电化学性能

磷酸铁锂电池因其较好的安全性在储能领域中备受关注。浮充电是一种对电池进行能量补充的常用充电方式,研究不同浮充条件对电池性能的影响显得尤为重要。以额定容量21 A·h的软包磷酸铁锂电池为试验对象,进行高温(50℃)浮充试验,探究高温下不同浮充电压(3.40 V、3.65 V、3.85 V)对电池容量、放电倍率性能、温度场分布和混合功率脉冲特性等性能的影响。结果发现,浮充后电池容量保持率急剧衰减,60天后的容量保持率均低于80%,并随着浮充电压升高,其容量保持率加剧递减,高温下浮充电压差异带来的影响明显增大。高温浮充后电池活性材料和活性锂离子损失严重,界面反应动力学受到阻碍,电池内阻明显增加,且电池放电脉冲功率能力减小,这些老化随浮充电压的升高而加快。温度场分布研究表明,高温浮充后电池放电时最高温度出现在正极极耳处,同时电池放电倍率能力在浮充后明显衰减,并随倍率增大放电容量缩减,且对应点温升明显加剧。由于电池高温浮充后会出现的老化和温升现象,因此电池在使用中应当避免长期高温浮充。本文为磷酸铁锂储能电池的浮充策略提供一定的参考依据。

电力推进船舶磷酸铁锂电池工作性能研究

介绍了船舶电力推进系统的优势及应用,比较了磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂等常见锂电池的参数,阐述了电力推进船舶采用磷酸铁锂电池的优势与特点,分析了磷酸铁锂电池的应用前景。最后,设计磷酸铁锂电池充放电实验、充放电特性实验以及开路电压特性实验,分别研究了磷酸铁锂电池的容量特性、充放电特性以及开路电压特性,为后继开展更深入的研究提供了参考。

不同激源条件下磷酸铁锂电池热失控产气特性研究

为研究磷酸铁锂电池热失控产气行为,选用105 Ah方形磷酸铁锂电池,分析过热和过充条件下电池热失控过程和产气特性,研究发现:过充能够直接引起电池电极和电解液之间的电化学反应,因此,与过热致电池热失控相比,过充导致电池热失控产生的H_(2)比例下降、CO比例上升。当过充倍率升高时,电池热失控产生的CO、H_(2)总量变大,最大产气速率也变大,105Ah电池在1C和1.5C的过充倍率下最大产气速率分别为0.845、1.411 g/s。和过热相比,过充产生混合气体的质量更多。本文对电池热失控产气特性的研究结果可为储能系统安全防控设计提供支撑。

气凝胶毡抑制磷酸铁锂电池模组热失控蔓延特性研究

热失控安全问题是制约锂离子电池储能技术发展的瓶颈。热阻隔是抑制电池热失控蔓延的技术途径之一。本文采用55 Ah磷酸铁锂储能电池模组,对比研究不安放气凝胶毡,以及安放不同厚度气凝胶毡对磷酸铁锂电池模组热失控蔓延特性的影响。研究表明,气凝胶毡可有效抑制磷酸铁锂电池热失控蔓延;气凝胶毡越厚,阻隔热蔓延的效果越好,0.5、1.2、3.0 mm厚的气凝胶毡可分别提升电池模组热阻隔效率75.80%、88.81%和299.92%。研究结论可为储能锂离子电池热失控防治提供参考。

磷酸铁锂电池热失控产气可燃极限研究

大规模储能技术被认为是支撑可再生能源普及的战略性技术,得到各国政府和企业界的高度关注。磷酸铁锂电池以其高安全性和优良电化学性能成为电化学储能单元的主要选择。使用密闭压力容器对不同容量及不同SOC磷酸铁锂电池进行热失控测试,记录特征点温度变化,收集测试后热失控释放的气体,用气相色谱仪分析混合气的组分比例。利用仿真及L-C公式,研究其可燃极限特征。结果表明,电池容量对产气组分比例以及可燃极限影响较小,SOC对其影响较大,SOC较低的电池热失控产气组分中具有较多的CO_(2)以及较高的可燃下限值。

Pt掺杂CeO_(2)对磷酸铁锂电池热失控特征气体CO的吸附与传感机理研究

近年来,磷酸铁锂储能电池热失控现象引发的安全问题备受关注,热失控气体特征量的有效检测对评估其运行状态具有重要意义,其中一氧化碳(CO)是磷酸铁锂储能电池过充热失控的重要特征气体。基于第一性原理建立了本征二氧化铈(CeO_(2))、铂(Pt)掺杂改性CeO_(2)模型及CO吸附模型,从吸附能、电荷转移、能带、态密度等方面分析了CeO_(2)基气敏材料的改性机理和气体吸附机理。结果表明本征二氧化铈吸附一氧化碳(CO—CeO_(2))的吸附能仅为-0.2028 eV,表现出较弱的物理吸附能力,而铂掺杂二氧化铈(Pt—CeO_(2))对CO的吸附能达到-0.8020 eV,表现出优异的化学吸附性能,对应的电荷转移值为0.0290 e,掺杂Pt后CeO_(2)的能带从1.933 eV降低到1.259 eV,对CO的吸附距离从3.183A缩短为2.021A。因此,Pt掺杂改性CeO_(2)可作为磷酸铁锂电池热失控特征气体CO检测传感器的候选者,为开发高灵敏、低功耗的磷酸铁锂储能电池热失控特征气体检测传感器提供理论支撑。