磷酸铁锂离子电池模组热失控气体扩散仿真

为研究磷酸铁锂离子电池在泄压阀打开之后,释放的气体在模组中扩散行为,本文基于实际100%SOC磷酸铁锂离子电池模组尺寸建立1∶1几何模型,模拟电池模组内部电池发生热失控、泄压阀打开及释放气体的扩散行为;通过FDS软件对其进行仿真研究,分析磷酸铁锂离子电池在热失控时释放H_(2)、CO、CH4和CO_(2)气体的扩散规律。研究结果表明:磷酸铁锂离子电池在泄压阀打开后,在8 s内气体充满整个电池模组箱内部上侧,在电池模组箱上方内部的温度维持在55℃;在30 s之后,模组箱内气体空间分布逐渐趋于平衡,不随时间的变化而发生变化。在释放的气体中CO_(2)约占30%,在4种气体中占比最大。本文的研究成果可为磷酸铁锂离子电池模组的设计以及气体探测系统的设计提供参考依据。

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。

锂离子电池模组热失控传播实验研究

为了提升电池热安全和汽车可靠性,开展电池模组热失控传播研究。针对圆柱形21700锂离子电池的热失控传播特性,通过实验研究了电池荷电状态、单体间距等因素对21700锂离子电池模组多维度热失控传播行为的影响。发现电池热失控轴向传播要快于径向。在电池满电状态,间距2.0 mm时,热失控轴向传播要比径向快97 s,并且随着电池电量的降低和间距的增大,热失控传播速度变慢。在电池间距为2.0 mm时,30%和50%荷电状态分别是轴向和径向电池的安全荷电状态。在电池满电状态时,6.0 mm和4.0 mm分别是轴向和径向电池的安全距离。研究结果可为电池的存储、运输以及电动汽车的电池模组设计等提供借鉴。

退役磷酸铁锂电池回收再利用专利分析

锂离子电池是新能源产业的重要组成,其中磷酸铁锂电池因优异的性能和突出的性价比优势占据绝对的锂电池现行市场份额,随之而来的退役潮也相继出现。退役磷酸铁锂电池中如锂、铝、铁、磷等有价元素含量普遍较高,且退役磷酸铁锂电池中电解液等有害成分会对人类生存环境和健康造成危害。

电动汽车用磷酸铁锂离子电池的PNGV模型分析

以国产新型150Ah磷酸铁锂离子电池为研究对象,分别对其在0℃和30℃的PNGV模型参数进行了辨识。将其内阻参数与电池直流内阻进行对比分析,考核了磷酸铁锂离子电池的PNGV模型在FUDS工况循环下的仿真精度。研究表明:由于温度对磷酸铁锂离子电池特性的影响较为显著,PNGV等效电路模型的仿真精度会随着初始温度的变化有所波动,所以为了保证仿真效果,必须在更多的温度点上进行参数辨识并进行优化;PNGV等效电路模型适用于城市工况下的仿真。

磷酸铁锂与三元锂离子电池加热下的热失控行为

针对锂离子电池存在的起火和爆炸风险,以储能用3.2 V 100 Ah磷酸铁锂锂离子电池和3.6 V 90 Ah三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)锂离子电池为对象,采用外部加热的滥用方式,研究不同正极体系锂离子电池的热失控特性。取样磷酸铁锂锂离子电池在外部加热条件下不会燃烧,仅释放大量白色烟雾,电池热失控最高温度为534.2℃,总放热量为0.162 MJ,最高热释放速率为1.81 kW;取样三元锂离子电池在外部加热条件下发生燃烧和喷射,电池热失控最高温度为1052.4℃,总放热量为3.147 MJ,最高热释放速率为134.85 kW;磷酸铁锂与三元锂离子电池热失控后产生的气体成分几乎一致,均为H_(2)、CO_(2)、CO和碳氢化合物;磷酸铁锂与三元锂离子电池热失控后,电压均存在二次下降的现象。

磷酸铁锂锂离子电池模组过放电失效分析

以方形铝壳磷酸铁锂(LiFePO_4)正极锂离子电池为对象,研究LiFePO_4动力电池组在使用过程中的过放电行为。通过单体及模组的过放电测试、扣式电池的循环伏安测试,还原动力电池组在实际使用过程中出现的失效状态,表明LiFePO_4在电压大于0的过放电会加速容量衰减。这种衰减导致串联模组在使用中产生容量差,容量较低的电池在模组正常的充放电区间内将过放至电压小于0,导致电池失效析铜。

过热下磷酸铁锂锂离子电池的过充电耐受性

研究极端条件下的多场耦合相互作用,有助于深入理解锂离子电池的热失控机理。在85℃的过热环境下,将1380200型20 Ah软包装磷酸铁锂动力锂离子电池的过充电压从4.07 V阶梯式增加至5.42 V,电池发生气体泄压但未出现起火或爆炸,表明电池即使在过热条件下也具有较强的耐过充电能力。泄压过程中,首先检测到氢气的信号,随后检测到一氧化碳、烷烃和烯烃等易燃气体。XRD分析表明,过充电后,正极活性物质磷酸铁锂完全去锂化生成了磷酸铁。SEM结果显示,部分过充电后的磷酸铁颗粒出现裂纹,但结构未被进一步破坏,证实了磷酸铁锂的高热稳定性。

磷酸铁锂锂离子电池低温不可逆析锂及其对电池性能衰减的影响

锂离子电池低温充放电过程中发生锂的析出-溶解反应,由于不可逆析锂导致生成“死锂”,对电池性能造成影响。本工作研究了磷酸铁锂锂离子电池在5~-12℃范围内0.1C充放电过程中锂的析锂-溶解行为,建立了总析锂量和可逆析锂量、不可逆析锂量与充放电温度之间的关联关系;拆解低温充放电后的电池,采用SEM、EDX和XPS分析了负极的形貌、元素分布和表面组成,明确了“死锂”在负极表面/内部的分布特征;研究了低温充放电后电池的充放电性能和循环性能,发现低温充放电后电池容量降低,5℃充放电后电池较原始样品0.5C循环容量衰减更快,而更低温度充放电后电池循环性能变好。研究得出,电池充放电温度越低,总析锂容量越高且不可逆析锂容量占比越大,而低温充放电后电池容量降低主要归因于不可逆析锂导致的活性锂损失,更低温度下充放电后电池循环性能更好归因于活性锂损失造成负极嵌脱锂最低电位的升高,而5℃时循环性能变差则归因于负极元素分布、孔隙结构和表面组成的改变。

红土镍矿矿渣制备磷酸铁锂及其锂离子电池正极性能研究

红土镍矿中具有丰富的金属资源,经过矿石冶炼提取镍金属后会产生大量的矿渣,不仅造成严重的环境污染,还浪费了大量的铁资源。针对以上问题,本工作探索了一条新的综合利用思路,用红土镍矿矿渣制备磷酸铁锂,实现金属资源高价值的回收利用。本工作表明,目前由红土镍矿矿渣制备的磷酸铁锂为纳米球状颗粒,X射线衍射及其精修结果也证明了该磷酸铁锂良好的结构组成。电化学结果表明该磷酸铁锂与商用磷酸铁锂的性能几乎一致,在1C下能释放148.5mAh·g^(-1)的比容量,循环500圈容量保持率高达98.5%。此外,利用弛豫时间分布解析红土镍矿矿渣制备的磷酸铁锂的电化学交流阻抗谱,表明该材料具有较好的动力学行为。综上所述,本工作提出了一条极具经济价值和应用价值的红土镍矿矿渣回收思路,为含铁资源更好的综合利用提供新的实验支持。

磷酸铁锂锂离子电池电芯注液量相关试验验证与探讨

通过详细的理论计算,推导出LFP/230 Ah锂离子电池电芯孔隙率和极限饱和吸液量,并且通过试验设计进行验证。通过调整LFP/230 Ah锂离子电池电芯的一次注液量与不同高温下的静置时间来验证随后高温负压化成后电芯各项电性能参数受到的影响。测试及验证结果表明:随着一次注液后高温静置时间的延长,LFP/230 Ah锂离子电池电芯中游离态电解液量逐渐减少,而且在24 h后基本达到稳定状态;一次注液后随着高温静置时间的延长,电芯在化成过程中的温度逐渐降低,而且化成结束后的开路电压越来越高,分容容量有升高趋势,DCR有降低趋势,电芯满充后黑斑析锂位置点的数量减少,而且黑斑面积也逐渐缩小,但在SoC为0.6%下的K值筛选没有受到显著影响。

锂离子电池模组自适应均衡阀值控制策略研究

为提升锂离子电池模组均衡控制能力,提出一种锂离子电池模组自适应均衡阀值控制策略。首先,对电感式主动均衡电路拓扑和工作原理进行分析。接着,基于电感式主动均衡电路设计了自适应均衡阀值动态调整控制方法,利用电量转移矩阵计算最佳转移路径。然后,搭建仿真计算模型,通过验证本控制策略能提高目标电池模组均衡能力。最后,对目标电池模组进行实验验证,验证了本控制策略的有效性和高效性,为电池模组均衡提供方法参考。

锂离子电池磷酸铁锰锂正极材料的研究进展

磷酸铁锰锂材料因其成本低廉且安全性优势逐渐成为一种安全可靠的商业锂电池存储材料,然而,高倍率下容量低、循环性能差限制了其进一步的产业化应用。其制备方法有溶剂热法、高温固相法、喷雾干燥法、溶胶-凝胶法和静电纺丝技术等。归纳了近年来各种制备磷酸铁锰锂正极材料方法的优劣,以及针对磷酸铁锰锂正极材料改性的研究进展,对应用于锂离子电池的磷酸铁锰锂(LFMP)/C正极材料改性方法进行了展望。

核电厂1E级磷酸铁锂蓄电池组设计与鉴定

为了解决在役核电厂因空间受限无法实施1E级蓄电池组扩容的问题,研究设计了一种磷酸铁锂蓄电池组样机。考虑行业尚无针对磷酸铁锂蓄电池组的1E级鉴定标准或规范,研究并建立了磷酸铁锂蓄电池组1E级鉴定方法和流程。该方法和流程遵循压水堆核电厂核岛电气设备设计和建造规则(Design and Construction rules for Electrical and I&C Systems and Equipment,简称RCC-E)关于K3类电气设备1E级鉴定基本流程,包含基准试验、老化试验、极限性能试验和抗震试验四个阶段试验内容。经过1E级鉴定试验验证,表明该磷酸铁锂蓄电池组样机符合1E级鉴定要求。研究结果表明,该磷酸铁锂蓄电池组设计上符合1E级蓄电池组设备鉴定要求,其体积能量密度从原30~50 Wh/L提升至约160 Wh/L。该成果可解决受限空间1E级蓄电池组无法扩容的问题,也为行业1E级蓄电池组能量密度提升提供了参考。

关于锂离子电池磷酸铁锂正极材料的研究分析

当前,锂离子电池已崭露头角,电动汽车及便携设备等领域广泛运用,这一变革,催生了储能领域的佼佼者。其中,得益于核心元素的激发,磷酸铁锂正极材料研究热潮涌动。本文全方位剖析了磷酸铁锂正极材料的各个方面。首先,对其化学成分、晶体架构及电化学性质进行了深入剖析,核心属性如容量、电压及循环寿命等关键指标均已涵盖。其次,探讨了涵盖固相反应与液相法在内的多元化制备策略,此外,此外,其他合成策略亦予以详尽阐述。全面深入研究了材料晶体结构对电化学特性的影响,涉及掺杂、表面处理及结构调整对性能的优化。同时,探究了涂层与包装材质对电池性能的影响,此外,界面反馈因而作出相应调整。本文旨在铺设未来研究的基石,彰显其在可持续能源储藏领域的巨大潜力。

不同压强细水雾对磷酸铁锂电池模组的灭火效果

电化学储能电站大规模应用急需解决储能电池的消防问题。目前关于细水雾扑灭锂离子电池的火灾试验多集中在小容量单体电池,试验平台与真实储能舱消防环境相差甚远。因此,根据细水雾灭火效果验证机制,根据真实储能电池运行工况设计试验方案,按实际储能舱搭建试验平台。试验对象采用344 Ah储能用磷酸铁锂电池模组,在过充滥用下使电池模组热失控并燃烧,使用4种不同压强细水雾扑救并比较其灭火效果。试验证明了一定压强细水雾能够有效扑灭磷酸铁锂电池模组火灾,扑灭过程存在冷却和阻隔热辐射机制,观察到细水雾屏障现象。研究得出10MPa以下的细水雾压强与灭火时间呈反比关系,随着压强增大,灭火速率和降温速率均提高。实验结果表明,针对大容量磷酸铁锂电池模组的消防设计,选择6 MPa及以上细水雾作为灭火剂比较经济高效。该研究结果可为磷酸铁锂储能电站的消防措施、电池模组灭火规范的制定提供试验支撑。

气液灭火剂对磷酸铁锂电池模组灭火能效研究

为研究不同灭火剂对储能电池模组火灾有效性,搭建储能舱试验平台,选取8. 8 kWh磷酸铁锂储能电池模组,以0. 5 C倍率恒流过充诱发电池热失控至起火,灭火试验采用中压细水雾、Novec1230、七氟丙烷、六氟丙烷4种不同灭火剂,对比不同灭火剂的灭火效能。研究结果表明:六氟丙烷无法在短时间内扑灭明火;Novec1230和七氟丙烷2种气体灭火剂能快速扑灭明火,但降温效果不彻底,容易发生复燃,均不适合作为磷酸铁锂电池模组灭火剂;中压细水雾能迅速扑灭明火,持续喷射可防止复燃,是较为理想的灭火材料。

不同倍率下磷酸铁锂电池模组过充热失控特性研究

随着电化学储能技术在电力系统中的广泛应用,电化学储能技术的安全性越来越受到重视。文中以储能用磷酸铁锂电池模组(8.8 kW·h,25.6 V,344 A·h)为研究对象,进行3次不同倍率(0.4C,0.5C,1C)的恒流过充试验,研究其在不同充电倍率条件下的过充热失控特性,并辅以starccm+软件进行热场仿真计算。结果表明,电池模组在额定充电倍率0.5C(172 A)和1C(344 A)下持续过充会发生起火,起火时间随着充电倍率增加而减少;充电倍率对磷酸铁锂电池模组过充行为特性影响较大,随着充电倍率的增加,热失控最高温度和峰值电压升高,过充测试时间随着充电倍率的升高而降低;不同充电倍率条件下,电池安全阀首次打开时的电压均为1.7倍额定电压,可以进一步研究以作为电池热失控预警参数。文中研究成果可为规模化储能用磷酸铁锂电池的安全性研究和电池管理系统(BMS)对过充故障的安全管理提供参考。

不同灭火装置对磷酸铁锂电池模组火灾的灭火效果

为了验证不同灭火装置对储能电池模组火灾的灭火效果,按照实际预制舱搭建试验平台,分别考察了七氟丙烷、全氟己酮、热气溶胶、细水雾等灭火装置针对预制舱中单个储能电池模组火灾的灭火效果。试验结果表明,针对储能电池模组火灾,需要考察灭火剂的灭火效果和降温能力。部分灭火剂可以扑灭初期火灾,但是难以中断储能电池内部的持续反应,可能发生复燃。

磷酸铁锂电池模组健康度快速评估方法研究

电池健康度的快速评估是低成本的退役电池梯次利用的关键技术之一。该文采用概率密度函数分析了磷酸铁锂电池模组充放电过程中工作电压的变化规律,研究了概率密度和概率这两个特征指标与电池健康度的关系。研究结果表明,无论是充电过程还是放电过程,电池模组健康度与概率密度之间有很好的线性关系,用概率密度这个特征指标可以作为磷酸铁锂电池模组健康度的快速评估指标。放电过程中电池模组健康度与概率之间有较好的线性关系,但是不如概率密度的线性关系好。