固相法合成钴掺杂锰系锂离子筛的吸附性能

随着5G/6G通信、新能源汽车、锂电池产业的快速发展,近年来对锂化合物(尤其是Li_(2)CO_(3))的需求急剧增加,许多国家将锂视为战略矿产资源.目前从锂沉淀母液中提取锂受到了极大的关注.锰系离子筛(LMO)是一种具有广泛应用前景的吸附剂,可实现复杂溶液中锂的高效回收.但LMO在酸洗解吸过程中存在锰溶损严重的难题,会降低吸附性能和循环性能.针对上述问题,本研究提出引入Co^(3+)掺杂降低LMO锰溶解损失的策略,制备了钴掺杂锰系离子筛(LCMO).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对不同煅烧温度和焙烧时间下制备的LCMO进行表征分析.表征结果表明,Co掺杂对LMO的尖晶石结构没有影响,并且Co最佳掺杂摩尔分数为5%,此时离子筛前驱体中Mn^(3+)的原子分数从未掺杂的9.67%降低到3.63%,对应的锂吸附容量从39.299 mg·g^(-1)显著增加到41.708 mg·g^(-1),锰溶损也从1.288%显著降低至0.837%,大大地增加了锰系离子筛的实际应用可能性.制备的摩尔分数为5%Co掺杂的离子筛(LCMO-5%)具有良好的循环性能,Li^(+)的吸附能力在5次循环后仍然保持在81%以上.在模拟的锂沉淀母液中,Li/Na和Li/K之间的分离系数分别为74.655和64.547,这证明了LCMO-5%能有效地从高Na^(+)、K^(+)溶液中吸附分离Li^(+).因此,LCMO-5%离子筛具有从锂沉淀母液中提取Li+的应用前景.

锂离子电池健康状态估计及寿命预测研究进展综述

随着锂离子电池的应用越来越广泛,锂电池健康状态的精确估计和剩余寿命的实时预测对于锂电池系统的安全运行和降低运维成本具有重要意义。锂电池内部复杂的物理化学反应和外部复杂工作条件,使得实现精准的健康状态估计和寿命预测具有挑战性。该文综述近年来锂电池健康状态估计和剩余使用寿命预测方法的研究现状,分析基于物理/数学模型、数据驱动、模型法和数据驱动融合,以及多种数据驱动融合的锂电池健康状态估计方法的优缺点及适用条件,并对比分析不同数据驱动类型的锂电池寿命预测方法。指出锂电池健康状态估计及寿命预测尚存在的问题,并对未来研究方向进行展望,对完善锂电池健康状态估计和寿命预测算法理论体系、指导实际应用技术具有重要意义。

锂电池回收产出的碳酸锂制备单水氢氧化锂工艺分析与探讨

锂元素的回收是电池回收工艺中的关键步骤,目前一般采用湿法浸出技术将有价元素从锂电池黑粉中转移到溶液中,然后经过除杂净化得到精制的硫酸锂溶液,加入碳酸钠制备成工业级碳酸锂或者碳酸锂粗品,再经精制除杂得到碳酸锂产品返回电池生产过程。随着氢氧化锂市场需求的提高,如何将碳酸锂经济高效地转化为氢氧化锂也成为重要环节。针对电池回收产生的工业级碳酸锂转化为氢氧化锂的工艺过程,详细分析了不同工艺路线的原料选择、工艺过程、产品及副产品产出以及能源消耗等关键因素,通过对比不同工艺路线的优劣势,总结出不同企业状态适用的工艺路线,旨在为优化生产流程、提高回收产业链附加值提供有价值的参考。研究结果将有助于指导电池回收企业在选择氢氧化锂生产工艺时作出决策,同时也为盐湖提锂和矿石提锂产生的碳酸锂生产氢氧化锂提供借鉴。

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P1对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P2对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P3对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93.24%。不仅可掌握电池的运行状态,还可对过充电进行有效辨识。

锂离子电池电解液安全性的影响因素及改进措施

锂离子电池由于能量密度高、高电压和维护成本低等优点而被大家使用.但在使用它们的过程中存在燃烧、爆炸等安全问题.电解液是锂离子电池中最易燃的组分,所以其与锂电池的安全性息息相关.改进电解液是提高锂离子电池安全性的关键方法.首先探讨了影响锂离子电池电解液安全性的因素,然后提出了改善措施,主要包括添加阻燃剂和抗过充添加剂来降低风险.

锂离子电池储能电站的热失控状态检测与安全防控技术研究进展

锂离子电池具有能量密度大、使用寿命长、工作温度范围宽、自放电小等优点,是中国电化学储能电站的主流电池技术。然而,在加热、过充等恶劣工况下,锂离子电池易发生热失控引发火灾甚至爆炸,因此其安全问题已逐渐成为锂离子电池储能电站建设及大规模应用的首要问题。该文系统分析了锂离子储能电池热失控的诱因、电池内部反应过程及外部特征参量的变化规律,重点总结了当前主要的电池热失控状态检测技术、智能诊断算法及储能电站安全防控技术,最后对储能电站热失控状态检测及安全防控技术进行了总结和展望。

最小二乘算法优化及其在锂离子电池参数辨识中的应用

传统最小二乘法(LS)用于锂离子电池模型在线参数辨识精度低,通过带遗忘因子递推最小二乘算法能够有效地提高辨识精度,但固定的遗忘因子影响模型动态特性。遗忘因子的自适应处理能提高算法对动态系统的参数辨识能力,而目前的自适应方法容易忽略模型参数的稳定性,同时方法待定系数范围较大且难以确认。为了得到高精度且稳定性良好的模型参数,该文设计了一种精度和稳定性兼优且更简单的自适应遗忘因子递推最小二乘(AFFRLS)改进方法,并与其他AFFRLS、可变遗忘因子递推最小二乘(VFFRLS)进行仿真对比分析。结果表明,改进的AFFRLS能够在模型精度和参数稳定性取得更好的平衡,且对不同的在线工况具有良好的适用性。

锂离子电池热失控监测参数研究综述

锂离子电池因其能量密度高、自放电率低、循环寿命长、输出功率大等优点被广泛应用于储能领域,然而由于其不稳定性导致储能事故频发。从热失控-火灾蔓延角度出发,对热失控机理进行探究,基于产气成分及含量、膨胀力、表面温度、电压变化等热失控特征参数,对现有的磷酸铁锂体系电池早期预警(外部)方式进行综述,在此基础上,提出未来电池热失控早期预警(外置)的发展思路,为锂电池热失控早期监控及预警提供思路。

电动汽车电池组冷媒直冷系统工作特性的试验

针对一种利用电动汽车空调制冷剂直接冷却电池组的锂离子电池热管理系统,设计了基于口琴管式冷板的电池模组.进行了直冷和液冷的比较,研究了环境温度、压缩机转速、阀门开度及放电倍率对制冷剂流量和蒸发温度的影响,以及对电池组散热特性的影响.结果表明:采用直冷方式在控制电池组平均温度上比液冷具有更好的冷却效果;压缩机转速增加对电池组有明显的控温效果,在3500 r/min的转速下即使是2.0 C的高倍率放电也能控制温度在40.00℃以下;阀门开度增大有利于电池组平均温度的下降,但不利于电池组温差的降低;在电池组温差较大的情况下,单体电池温差能占到电池组温差的88%.

氯化锂溶液中钾离子的吸附分离研究

作为初级原料的氯化锂产品因钾、钠、钙等杂质含量过高,直接影响了氯化锂及由氯化锂制备的金属锂的应用和系列产品的开发。采用静态吸附法研究了由水热法合成的硅铝酸盐分子筛在氯化锂溶液中对钾离子的吸附分离性能,考察了接触时间、温度、不同钾离子初始浓度、溶液pH、离子强度等对分子筛吸附钾离子的影响,研究分析了分子筛对钾离子的吸附动力学和吸附热力学。结果表明:分子筛对钾离子有较高的选择吸附性且吸附速率快,在溶液初始钾离子浓度为0.005 mol/L、温度为25℃的条件下,30 min后分子筛对钾离子的吸附量为56 mg/g,接近吸附平衡容量;溶液中初始钾离子浓度、离子强度直接影响着分子筛对钾离子的平衡吸附量。通过动力学及热力学分析得知,分子筛对钾离子的吸附更符合Freundlich吸附等温模型且为放热反应,低温有利于吸附的进行;吸附反应过程符合准二级动力学模型,吸附反应速率由多个控制步骤共同决定。同时,分子筛对钾离子有较好的解吸效率,可循环吸附。

经济视角下锂离子电池产业技术现状、挑战与未来

本文从经济视角探讨锂离子电池产业的技术现状、挑战及未来发展。锂离子电池因其在电动汽车和可再生能源中的主导地位成为解决清洁能源需求的关键技术。本文概述了锂离子电池行业的国际发展格局,强调我国的技术优势。技术研究方向中,正负极材料和电解液创新为电池性能提升提供支持。然而,产业面临原材料供应链波动、技术限制和环境压力等挑战。提出了通过固态电池技术和新型材料研究实现技术创新,并通过原材料多元化和可持续采购解决供应链不稳定性。锂离子电池产业通过持续创新和国际合作,有望在技术、经济和环保方面实现更可持续和绿色的未来。

基于有限元的热力耦合场匣钵运动分析与优化

为解决装有锂离子电池正极材料的匣钵在辊道窑烧结过程中易出现异常横向运动使匣钵破损的问题,本研究通过分析匣钵异常运动特性的影响因素对其进行优化。首先,利用Solidworks软件建立辊道-匣钵传动系统简化模型,对匣钵进行受力分析,推导出匣钵发生异常横向运动的原因是辊棒的弹性变形;其次,通过Abaqus软件进行有限元仿真,对比分析热力耦合场和重力场下匣钵的位移曲线以及辊棒的受力情况。结果表明,与重力场相比,热力耦合场的辊棒弹性变形量更大,且热力耦合场匣钵横向位移在0~1 s内相对重力场增大,而在1~5 s内相对重力场减小,说明在温度和重力共同作用下所引起的辊棒弹性变形是导致匣钵异常横向运动的主要原因。在此基础上,设计了一种匣钵传动机构,包括辊棒支撑机构、匣钵夹紧装置及匣钵挡齐装置,并通过对比生产验证了改进机构的可行性。本研究对在辊道窑烧结过程中匣钵异常横向运动的影响因素进行分析并提供了一种改进机构,有助于推进锂离子电池正极材料生产设备的发展。

溶剂热法制备磷酸锰锂的优化研究

橄榄石结构的磷酸锰锂(LiMnPO_(4))具有比容量高､热稳定性好和原料来源广泛等特点,与同为橄榄石结构的磷酸铁锂相比具有更高的放电电压。采用溶剂热法制备了高性能的磷酸锰锂正极材料,通过对过程参数进行优化实现材料性能的提升,以柠檬酸为添加剂优化颗粒形貌得到纳米级颗粒,并对碳层包覆进行优化。结果表明,柠檬酸添加量为1 mmol时,椭球状颗粒平均尺寸为42.3 nm;当以蔗糖为碳源且与LiMnPO_(4)质量比为1∶2时得到的碳层包覆颗粒尺寸较小､碳层石墨化程度更高;在最优参数下制备的LiMnPO_(4)材料具有更高的首次放电容量(126.9 mAh/g)及更优的倍率性能。

基于自产热和外传热的锂离子电池热学模型参数辨识方法

锂离子电池热学模型参数(热容和热阻)的准确辨识对电池热电耦合建模及状态参数估计至关重要。然而传统测量方法成本高且测试周期长,如何利用充放电工况结合产热和传热机理研究快速热参数辨识方法具有重要意义。以8A×h软包锂离子电池为研究对象,建立分布式热路模型;设计双向脉冲工况实验,采用自适应粒子群算法(APSO)进行辨识;同时采用其他工况进行验证,实验和仿真温度误差小于0.1℃。另外,将热容和热阻转换为比热容和导热系数,并与其他文献中同类电池的参数进行比对,量级接近。研究结果表明,该方法可以有效解决层叠式软包锂离子电池热学模型参数辨识难的问题,且简便易行、成本低。

聚烯烃在锂离子电池隔膜领域的应用进展

隔膜是锂离子电池的重要组成部分之一,它的性能直接决定了锂离子电池的安全性能、使用寿命和电化学性能等。聚烯烃微孔膜凭借电化学性能优异、价格低廉等优势成为锂离子电池隔膜市场的主流。在隔膜减薄化趋势下,超高分子量聚乙烯隔膜独特的性能优势成为聚烯烃微孔膜中最具竞争力的产品。介绍了锂离子电池隔膜的工作原理及性能要求,聚烯烃锂离子电池隔膜的制备方法,包括湿法、干法、静电纺丝等制备工艺;阐述了锂离子电池隔膜专用料的性能要求和研发进展,生产超高分子量聚乙烯的催化剂以及聚烯烃隔膜改性的研究进展。

单晶高镍三元正极材料的制备及改性研究进展

介绍了单晶高镍三元正极材料的结构特点,总结了单晶高镍三元正极材料常见的制备工艺,并探讨了近年来材料性能改善的主要策略,可为高性能单晶高镍三元正极材料的规模化生产提供借鉴和参考。

锂电池在机械滥用下的耦合仿真模型研究

随着新能源汽车保有量的增加,因锂电池故障而引起的起火、爆炸等问题引起了各界的密切关注。锂电池在机械滥用下的热失控行为复杂、实验成本高、可重复性低,难以为研究提供有效、完备的数据。因此,利用高置信度仿真模型研究和评估锂电池的安全性能是一种可行的途径。基于Ls-Dyna软件建立了锂电池机-电-热耦合仿真模型。结果表明,该模型能够准确预测电池在受到压痕时的机械响应和电响应,且能合理地模拟电池的温度分布,具有较高的置信度。利用该模型对控制因素(压头半径,冲压方式)进行了研究,并综合分析了相关参数对锂电池安全性能的影响。所获得的结果可为车载锂电池包的设计和安全系统构建提供参考。

圆柱形锂电池在局部压痕下的安全性实验研究

锂电池局部挤压是汽车碰撞引发的主要损伤形式。为了明确锂电池在受到局部挤压时的安全性能,利用自研的机械滥用实验平台,对18650锂电池进行局部压痕实验,以渐进压缩的方式分析其失效过程,得到了失效过程及温度演变规律,讨论了电池荷电状态、加载速度、压痕位置和压头尺寸对电池安全的影响。结果表明:锂电池受局部挤压后有明显的热失控规律,失效后不会立即发生热失控,存在一定的反应时间;电池荷电状态与热失控剧烈程度成正相关,加载速度决定了电池的失效时间;靠近电池负极一端受到损伤时更易引发热失控现象,且受损面积较大时温度更高。实验结果可为锂电池包的安全性设计提供有益的建议。

氢离子注入钽酸锂的翘曲变化及颗粒研究

声表面波(SAW)滤波器急需使用高质量的钽酸锂压电单晶复合薄膜衬底材料来提升性能。离子注入后,晶圆翘曲增大,颗粒增加,键合工艺易产生不规则条纹和键合空洞等缺陷,严重阻碍高质量钽酸锂压电单晶复合薄膜材料的制备。通过X线衍射(XRD)、聚焦离子束透射电镜(FIB-TEM)及颗粒测试仪等设备对注入内部应力、损伤和颗粒变化进行分析表征,解释了翘曲增大和颗粒增多的原因,并提出了相应的解决方法,最后成功制备了翘曲低、颗粒少的注入晶圆。通过键合工艺进一步验证,获得了无条纹和空洞等缺陷的高质量键合晶圆,为钽酸锂压电单晶复合薄膜的高效制备奠定了基础。

硅氧碳氮新型硅负极材料的制备及其电化学性能

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与甲醛为原料通过烷氧基水解和席夫碱反应生成前驱体,高温热解制备硅氧碳氮(SiOCN)复合负极材料。比较研究了商用的电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和自制的有机氟硅电解液添加剂(MFSM2)在SiOCN电池中的电化学性能。与使用基础电解液相比,在使用MFSM2和FEC后电池可逆容量从614.6 m A·h/g分别提高至899.9 m A·h/g和886.9 m A·h/g,库仑效率从58.3%分别提高至62.2%和62.8%。循环伏安、电化学阻抗谱、扫描电子显微镜等分析结果表明,加入添加剂后在SiOCN电极表面反应形成稳定均匀致密的固体电解质界面膜,减小了界面阻抗,提高了离子传输速率,从而提高了SiOCN电池的电化学性能。