锂离子动力电池高倍率充放电过程中弛豫行为的仿真

基于电化学热耦合模型研究了动力锂离子电池高倍率充放电过程中的弛豫行为,分析对比了不同充放电机制对电池弛豫行为的影响.研究发现:充放电过程中,欧姆极化是造成电压骤变的主要原因;而恒流-恒压的充电模式能够缓慢消除欧姆极化,避免电池电压的骤变;利用恒流恒压对电池进行充电能够充进更多的电量,有利于电池性能的完全发挥;固相锂离子浓度的弛豫时间比液相锂离子浓度的弛豫时间长,并且在放电后期,固相扩散的特征时间与液相扩散特征时间的比值不断增大,固相扩散造成的极化在整个放电过程不可忽略.

动力锂离子电池模块散热结构仿真研究

针对目前动力锂离子电池模块散热困难的问题,以12串10 A·h磷酸铁锂动力电池为研究对象,基于COMSOL MULTIPHYSICS平台建立其三维热仿真模型,并应用红外成像技术进行验证;定量分析不同工况下空气强制对流冷却和冷却板冷却对电池模块散热性能的影响。结果表明:空气强制对流冷却降低电池温度的能力有限,且造成电池模块温度均匀性变差。对流换热系数从5 W/(m2·K)变化至100 W/(m2·K)进行5C放电时,电池模块中心温度仅降低0.2 K,电池温差达到10 K;冷却板冷却具有平衡电池模块温度场的作用,其降温效果和温度均匀性均优于空气冷却时的。5C放电时,电池模块最高温度为318.91 K,最低温度为317.19 K;空气强制对流冷却时,增加冷却板厚度和外部散热翅片的数量都能够降低电池模块温度和均匀性,但在自然冷却条件下该变化不明显。

锂离子电池LiMn2O4／石墨电极放电过程中扩散极化的仿真

针对扩散极化及其影响因素,以LiMn2O4/石墨锂离子电池为研究对象,基于一维电化学模型开展了其放电过程中扩散极化的数值仿真研究。结果表明:在放电过程中,正负电极均存在固、液相扩散极化,且随着放电过程的深入,固、液相扩散极化均在增大。电极活性物质颗粒粒径对固相扩散过程影响显著,减小活性物质颗粒粒径能有效地降低固相扩散极化。当正、负极活性物质颗粒粒径分别由10和12μm减小到5和6μm,在1C放电1 800 s时,颗粒表面和中心的锂离子浓度差分别降低至原来的25.35%和25.07%;当正、负极活性物质颗粒分别由10和12μm增加至20和24μm时,颗粒表面和中心的锂离子浓度差分别增加至原来的391.66%和266.96%。电极厚度是影响液相扩散极化的一个主要因素,厚度的减小能够缩短液相扩散的路径,从而减小电极的液相扩散极化。当正、负极电极厚度分别由90和60μm增加至112.5和75μm,在1C放电1 800 s时,厚度方向的最大锂离子浓度差与平均浓度的比值相应地由14.05%和1.71%增加至19.54%和2.61%;当正、负极厚度分别由90和60μm减小至67.5和45μm时,厚度方向的最大锂离子浓度差与平均浓度的比值分别由14.05%和1.71%减小至8.72%和0.98%。

锂离子电池多尺度数值模型的应用现状及发展前景

锂离子电池是一种较为复杂的电化学系统,其涵盖质量传递、电荷传递、热量传递以及多种电化学反应等物理化学过程.其不仅物理尺度跨越大,从微观活性颗粒、极片、电芯跨越到电池模组,还面临着成组配对以及均衡性的问题,这些问题加剧了电池设计和性能综合评估的难度.通过计算机数值仿真技术,建立数学模型,全面和系统地捕捉电池工作过程各物理场的相互作用机理,分析其演化规律,能够为优化电池系统设计提供理论支撑.本文对锂离子电池的数值模型研究进展和发展趋势进行了综述.同时对主要理论模型进行了分类整理,总结了它们的特点、适用范围和局限性,指出了将来进一步研究的方向和难点所在,这些对锂离子电池多尺度数值模型的理论研究和工程应用都具有指导性的意义.

超级电容电池用碳类复合负极材料的研究

研制了新型储能器件超级电容电池用石墨和活性炭复合负极材料,应用恒流充放电法,考察了这种复合负极材料的电化学性能。结果表明这种碳复合负极材料兼具良好的电容特性和电池特性,在基本保持电池特性的同时,能将电容器电位窗口从2.5V提高至3.5V vs Li/Li+,能量密度从21.7Wh/kg提高至40.3Wh/kg,增大近两倍;有很好的倍率性能,电流密度从0.1A/g增加到1A/g时,比容量仅下降了1.3F/g;同时能保持良好的循环性能,10次容量保持率即使在3.5V高压下仍有96.7%。

基于电化学模型的全固态锂离子电池的放电行为

基于COMSOL Multiphysics仿真平台,建立一维电化学模型,研究放电倍率、电解质中的扩散系数、电极厚度等对全固态锂离子电池放电性能的影响。结果表明:随着放电倍率的增加,电池内部的极化增大;在放电的各个时间段,电池内部的极化情况也在发生变化。当扩散系数增加至初始值的5倍时,负极/电解质界面与正极/电解质界面的浓度梯度减小80%。电极厚度的变化影响扩散路径的长短,当电极厚度增加至原来的2倍时,1C放电时间缩短1.72%;电极厚度减小至原来的1/2时,1C放电时间增加0.46%。

锂离子电池介观尺寸数值模拟研究进展

电池模拟是预测电池性能和指导电池材料设计的重要手段。基于Newman模型的传统模拟对于描述锂离子电池电化学性能已非常成熟,值得注意的是,其本身也存在材料均一化假设等缺点,并且随着材料的纳米化,这种模拟显得更加不足。从层析实验手段(FIB/SEM以及X-ray断层技术)入手,进而讨论基于介观结构的建模手段,以及相应的数值分析研究进展状况。

废旧三元锂离子电池正极材料的淀粉还原浸出工艺及其动力学

根据淀粉在稀酸或加热条件下可水解为还原性单糖的性质,以淀粉作为还原剂,采用酸浸出方法对从废旧三元锂离子电池正极材料中回收Li、Ni、Co、Mn的浸出工艺进行研究;分别考察酸度、淀粉浓度、固液比、浸出温度和浸出时间对4种有价金属浸出率的影响。结果表明:在最佳条件即2mol/LH_2SO_4、4g/L淀粉、固液比50g/L、浸出温度80℃、浸出时间120min时,Li、Ni、Co、Mn的浸出率分别达到98.55%、97.6%、96.73%以及91.92%。此外,基于对数定律方程对浸出动力学参数进行了拟合,表现出较好的线性相关度,计算得出Li、Ni、Co、Mn的表观活化能分别为14.8、21.3、24以及26.4kJ/mol。浸出渣的XRD谱和SEM像显示其主要物相为C和MnO2。

锂离子动力电池的三维热模型

研究了圆柱形、方形和软包三种不同结构设计以及放电倍率和换热系数对锂离子动力电池温度场分布的影响。结果表明,电池正极极柱和边缘温度最低的结构设计是软包,其次是圆柱形,温度最高的是方形;随着放电倍率的增大,电池各部分的温度均不断增大,放电倍率越大,温升速率越快,尤其是在大倍率放电情况下,温度几乎呈直线增加;增大对流换热系数,电池最高温度处(铝极耳)温度逐渐下降,中心处温度变化更为明显,但增大对流换热并不能无限制地降低电池温度。

合成具有高效光催化活性的片状β-Bi_2O_3的一种新方法（英文）

采用萃取-反萃-热分解法以辉铋矿的盐酸浸出液为原料制备了层片状的β-Bi_2O_3。所制备的样品分别用X衍射仪及透射电镜对其物相及形貌进行表征,以罗丹明B为污染物研究了其光催化活性。结果表明:所制备的β-Bi_2O_3是一种层状的纳米片,具有较低的禁带宽度。在实验条件下,对罗丹明B进行4 h的降解,降解率达到99.23%,样品的重复降解实验还表现出良好的循环稳定性。

锂硫电池用多孔生物质/导电材料/硫复合正极制备及性能研究

本文使用聚丙烯腈和乙炔黑分别对硫化花粉材料进行导电性改善。通过对S@花粉/PAN-300和S@花粉/C-300材料组装电池并进行电化学性能测试,发现这两种材料具有比较好的循环性能。除了第一圈的循环效率比较低以外,后续的循环都保持比较高的可逆性。

用Lix984萃取硫铜钴矿浸出液中的铜

采用Lix984萃取回收硫化铜钴矿浸出液中的铜,考察了相比(VO/VA)、平衡pH、Lix984体积分数以及逆流萃取级数对钴、铜、铁萃取效果的影响。同时考察了负载铜有机相反萃过程中反萃剂的选择以及反萃相比对铜反萃效果的影响。实验结果表明,当萃取有机相组成为30%Lix984 + 70%磺化煤油,相比(VO/VA)为1:1,平衡pH为2,经2级逆流萃取,钴、铜、铁的萃取率分别为1.67%、99.95%、2.14%。当使用2 mol/L的硫酸溶液为反萃剂时,反萃相比(VO/VA)控制在1:3为宜,此时铜的反萃率已达到100%。使用2 mol/LH2SO4 + 35 g/LCuSO4溶液为反萃剂时,反萃相比(VO/VA)控制在1:3为宜,此时铜的反萃率为79.87%。

锂硫电池用硫化花粉正极材料制备和表征

本文通过将油菜花粉直接与升华硫在一定温度下反应,获得了一种硫化花粉复合材料,并将其应用在锂硫电池中,探索了该方法直接制备正极材料的可能性。结果表明该材料表现出一定的充放电性能,相比于纯花粉烧结材料,充放电容量提高,是一种具有嵌锂能力的正极材料。

基于电化学与热能的耦合关系演算聚合物锂离子动力电池的温度状态及分布

基于电化学-热耦合模型研究聚合物锂离子动力电池放电过程热行为,分析了放电倍率、冷却条件对电池放电过程的温度变化及分布的影响规律.结果表明:3C放电时,模型计算结果与实测结果的平均偏差为0.57K,方差为0.15,说明模型准确度较高.电芯的平均生热率在整个放电过程中呈现出增加的趋势,初期和末期增长较快.大倍率放电时,与电流密度的平方呈正比的不可逆热所占的比重较大,小倍率放电时,电化学反应可逆热占主导.改善冷却条件能降低电池放电过程的平均温度,对流传热过程的表面传热系数为5W/(m2·K),1C,3C,5C放电结束时,电芯的平均温升为分别为6.46K,17.67K,27.53K,当对流传热过程的表面传热系数增加至25W/(m2·K)时,温升比自然对流条件下相同倍率放电时的温度分别降低了2.91K,4.68K,5.62K,但电芯温度分布的不一致性也会加剧.