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便携式设备锂电池失效机制与安全性研究

便携式设备锂电池失效机制与安全性研究

作者：赵启臣中国民航大学

学位级别：硕士

随着电池科技发展,锂离子电池在各个领域得到了广泛使用,在我们的生活中有着不可或缺的作用。锂离子电池的广泛应用,使得锂离子电池的运输量不断增大,其在民航运输中占据着重要地位。然而,随着运输量的增加,便携式设备中的锂离子电池所... 详细信息

随着电池科技发展,锂离子电池在各个领域得到了广泛使用,在我们的生活中有着不可或缺的作用。锂离子电池的广泛应用,使得锂离子电池的运输量不断增大,其在民航运输中占据着重要地位。然而,随着运输量的增加,便携式设备中的锂离子电池所导致的安全问题不断涌现,这引发了国内外民航组织的广泛关注。由于便携式设备中锂离子电池会在各种环境与工况下使用。电池在循环使用过程中,内部电芯的热稳定性以及电化学性能会发生变化和衰减,致使电池性能逐渐退化,严重影响电池的寿命和安全性,直接导致用电设备的性能下降或故障,因此研究锂离子电池失效机制与安全性成为保证锂离子电池航空运输安全的关键因素。本文首先对广泛应用于航空运输便携式设备的钴酸锂电池的结构、充放电过程与基本参数进行了介绍。通过电池测试平台,对电池的电化学性能进行测试,检测该批次电池稳定性,并开展锂离子电池过充循环老化实验。结果表明:相比于正常循环的情况,过充循环情况下电池荷电状态约为118.6%SOC。其放电电压平台都比正常充电情况下明显增高,过度充电循环对LIBs的容量衰减有很大的加速作用。电池的库伦效率随着过充循环的进行快速下降,说明电池的运行过程中产热量快速增加。同时,电池的直流内阻也发生较快增长。其次,介绍了电化学阻抗谱法的原理及应用,并研究了温度对锂离子电池阻抗谱的影响,对电池在恒温静置与单边受热状态下电池温度与单频率相位角的相关性进行研究。结果表明:在30～60℃的范围内,锂离子电池低频(5 Hz)至高频(500 Hz)范围内的相位角与其内部温度存在二阶线性关系,并随着电池内部温度的升高而单调升高;电池在5 Hz相位角,在恒温静置与单边受热状态下的电池内部温度均具有二阶线性关系,并具有良好的拟合优度。之后,介绍与研究了锂离子电池电化学等效电路的构建与老化过程中的内部失效机制,通过Zview软件拟合,定性定量地研究了电池在过充循环下的衰退过程与老化机理。结果表明:在过充循环中,R、R和R随循环次数呈线性增长,而R呈指数性增长趋势。随着循环次数的增加,LLI呈指数增长,CL与LAM呈线性增长。LLI是电池老化的主要影响因素,LAM的影响处于中等水平,而CL对容量衰减的影响较小。最后,分析了锂离子电池过充电过程中的失效机制与电池产热情况;从新鲜电池在不同过充电流与截止电压条件下的行为特征展开实验。结果表明:随着充电速率的增加,不同截止电压下的峰值温度均呈增加趋势。随着截止电压的升高,第一次峰值温度T在2 C及以下时不易受截止电压影响,而在3 C时出现明显增长。同时,在5.0 V过充的情况下,钴酸锂电池内部会发生副反应,导致电池表面温度出现第二次峰值。需要注意到,第二次峰值温度T在1 C情况下会高于T,而在其它情况小于T,说明在低速电流过充时,截止电压影响对电池的安全性影响较大。之后,对过充循环后的不同老化程度的锂离子电池开展过充测试实验,结合第三章中电池过充循环中的失效机制,分析了电池的失效状态对其安全性的影响,结果表明:过充循环会导致锂离子电池的稳定性与安全性变差。随着老化程度的加深,在92%SOH后,电池内部在过充测试中出现副反应,并使电池释放的能量大幅增长。电池LLI与LAM衰退是引发过充期间副反应的最相关因素。79.6%SOH的老化电池最高温度比新鲜电池增长了68%,且实验后电池无法再次使用。考虑到由过充引起的老化LIBs的安全性,当其接近80%SOH时,可能不适合二次使用。该研究可以为修订锂离子电池航空运输相关标准提供参考建议,还可为电池设计和电池管理系统提供参考,以提高电池对过充电的耐受性以及安全性。

关键词：锂离子电池过充循环电化学阻抗谱衰退机理安全性

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商用钴酸锂电池过充电安全性研究

电源技术 2021年第3期45卷 286-288,316页

作者：张青松赵启臣中国民航大学飞机防火与应急研究所天津300300

过充电是锂离子电池最常见和最危险的失效方式之一,探究锂电池过充电过程中的行为特性与安全性变化至关重要。从充电速率与截止电压两个方面,研究了不同实验条件下商用钴酸锂电池的过充电安全性。结果表明:充电速率对钴酸锂电池过充测... 详细信息

过充电是锂离子电池最常见和最危险的失效方式之一,探究锂电池过充电过程中的行为特性与安全性变化至关重要。从充电速率与截止电压两个方面,研究了不同实验条件下商用钴酸锂电池的过充电安全性。结果表明:充电速率对钴酸锂电池过充测试中电池表面温度的峰值影响较大。随着充电速率的增加,锂离子电池的温升更严重,电池故障所需时间更短;随着过充截止电压的升高,钴酸锂电池内部会发生副反应,导致电池表面温度出现第二次峰值,进而对电池造成不可逆损伤。在高速率充电(3 C)时截止电压对电池峰值温度影响较大,而在中低速率(2 C及以下)时不易受截止电压影响。可为钴酸锂电池的安全性设计和电池管理系统中过充故障的安全管理提供理论依据与技术参考。

关键词：锂离子电池过充电安全性充电速率截止电压

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锂离子电池交流阻抗热失控变化规律研究

消防科学与技术 2020年第5期39卷 709-712页

作者：赵启臣张青松中国民航大学飞机防火与应急研究所天津300300

利用自主设计的交流阻抗监测锂离子电池热失控平台,对锂离子电池热滥用过程中阻抗变化规律进行研究。基于交流阻抗技术与锂离子电池热失控机理,分析了锂离子电池热滥用过程中阻抗、相位角、欧姆内阻、极化内阻及电压随电池表面温度的变... 详细信息

利用自主设计的交流阻抗监测锂离子电池热失控平台,对锂离子电池热滥用过程中阻抗变化规律进行研究。基于交流阻抗技术与锂离子电池热失控机理,分析了锂离子电池热滥用过程中阻抗、相位角、欧姆内阻、极化内阻及电压随电池表面温度的变化。结果表明:锂离子电池在热滥用过程中,阻抗会先减小并在电池断路前几分钟快速增长,电池电压保持稳定直至电池断路;相位角在加热中会减小然后保持稳定。18650型锂离子电池阻抗主要受欧姆内阻影响。锂离子电池极化内阻能在电池断路前保持稳定,说明正极材料在此阶段没有发生化学反应。

关键词：锂离子电池交流阻抗热失控早期预警

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锂电池内部温度与单频率相位角相关性研究

电源技术 2020年第9期44卷 1279-1281,1315页

作者：赵启臣张青松白伟中国民航大学飞机防火与应急研究所天津300300

热失控作为锂离子电池的失效方式之一,如何对其早期预警成为目前关注的焦点。通过对锂离子电池在恒温静置与单边受热状态下进行实验,验证锂离子电池内部温度与单频率相位角的相关性。结果表明:在30~60℃范围内,锂离子电池相位角随其内... 详细信息

热失控作为锂离子电池的失效方式之一,如何对其早期预警成为目前关注的焦点。通过对锂离子电池在恒温静置与单边受热状态下进行实验,验证锂离子电池内部温度与单频率相位角的相关性。结果表明:在30~60℃范围内,锂离子电池相位角随其内部温度的升高而单调增加;以二项式为回归方程,基于最小二乘算法对在低频(5 Hz)至高频(500Hz)范围内的相位角与电池内部温度进行拟合,发现二者均具有良好的拟合优度。选取5 Hz相位角进行单边加热实验,发现无论在恒温静置还是单边加热状态下,单频率相位角与电池内部温度均存在二阶线性关系。该研究结果及实验方法对开发交流阻抗实时监测电池温度技术具有重要的实际意义。

关键词：锂离子电池交流阻抗单频率相位角温度监测

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让课前活动助推农村中学英语教学

学苑教育 2014年第20期 82-82页

作者：赵启臣河北省滦南县柏各庄镇初级中学

课前5分钟活动是农村中学英语教学的一种尝试,是培养学生养成良好英语学习习惯的一种方法。它可以促进学生达到“拳不离手,曲不离口”的语言训练目的;可以帮助学生及时复习已学知识,起到“温故而知新”的作用;可以解决学生读不准单词、... 详细信息

课前5分钟活动是农村中学英语教学的一种尝试,是培养学生养成良好英语学习习惯的一种方法。它可以促进学生达到“拳不离手,曲不离口”的语言训练目的;可以帮助学生及时复习已学知识,起到“温故而知新”的作用;可以解决学生读不准单词、记单词难的问题;可以帮助学生“挤”出学习英语的时间,达到“集小流而成溪”的目的;可以营造学习氛围,对学生的英语学习起到潜移默化的作用;可以促使学生在没有正式上课前进入学习状态,使课前纪律得到有效约束。

关键词：课前活动英语教学农村中学

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论生育价值的建构、解构与再建构

社会科学 2024年第7期 144-153页

作者：丁金宏赵启行华东师范大学人口研究所

生育行为是人们对当下生育价值判断的结果，生育价值的膨胀与收缩内生性地影响生育率的上升和下降。生育价值可以分为情感、安全、财富和礼俗等四种要素，传统社会这些价值处于高位，奠定了稳定高生育率的价值基础。工业革命以来的现代... 详细信息

生育行为是人们对当下生育价值判断的结果，生育价值的膨胀与收缩内生性地影响生育率的上升和下降。生育价值可以分为情感、安全、财富和礼俗等四种要素，传统社会这些价值处于高位，奠定了稳定高生育率的价值基础。工业革命以来的现代化进程，以横向和纵向两种方式不断解构生育价值，使生育率层层跌破替代生育率、陷阱生育率等临界点，以致新世纪以来人口负增长由点到面扩展、由浅入深加剧，酝酿人口发展的种种现实和潜在危机。新时期中国生育价值的再建构是保护和提升生育力的必要手段，可以从情感价值重点突破，倡导“为爱而生，以生养爱”的婚育价值观，辅以礼俗、财富和安全价值引导，庶几可以逐步挽回生育率颓势，实现长期生育率向替代水平复归。

关键词：生育价值边际生育率解构再建构人口转变

等离子体氟改性TiO_(2)催化剂的制备及其光催化性能

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材料研究学报 2024年第2期38卷 141-150页

作者：周立臣中海石油(中国)有限公司湛江分公司湛江524000

以C_(2)H_(2)F_(4)为F源,用等离子体放电对TiO_(2)实现F改性制备TiO_(2)催化剂,并使用XRD、XPS、UV-vis、PL等手段表征其形貌和结构。以亚甲基蓝和油田废水作为污染物,研究外部环境对催化剂降解性能的影响和重复使用性能,并使用自由基... 详细信息

以C_(2)H_(2)F_(4)为F源,用等离子体放电对TiO_(2)实现F改性制备TiO_(2)催化剂,并使用XRD、XPS、UV-vis、PL等手段表征其形貌和结构。以亚甲基蓝和油田废水作为污染物,研究外部环境对催化剂降解性能的影响和重复使用性能,并使用自由基清除剂揭示其光催化机理。结果表明,催化剂添加量为8 g/L、pH值为6时,其对油田废水的降解效果最佳化学需氧量(COD)的去除率可达88%。同时,环境中的HCO_(3)^(-)、CO_(3)^(2-)、PO_(4)^(3-)、SiO_(3)2-能显著抑制光催化反应,而Cl^(-)的影响不大。羟基自由基(·OH)对光催化反应的影响更为关键。等离子体氟改性后,二氧化钛表面产生大量的≡Ti-F键和氧缺陷,实现了TiO_(2)的间隙F掺杂(Ti-O-F-Ti键),≡Ti-F和氧缺陷促进了光生电子-空穴向TiO_(2)表面转移。同时,间隙F掺杂在TiO_(2)价带上方产生杂质能级,使禁带宽度从2.98 eV收窄到2.82 eV,增强了这种催化剂在可见光区域的吸收,提高了其对油田废水的光催化降解效率。

关键词：无机非金属材料工业催化油田废水等离子体 TiO_(2)光催化

数字经济发展与共同富裕:理论分析及经验证据

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统计与决策 2024年第7期40卷 10-15页

作者：胡长玉赵启程中央财经大学经济学院北京102200 西南财经大学金融学院成都611130

文章基于2011—2019年我国30个省份的面板数据,运用面板固定效应模型、门槛效应模型和空间计量模型,就数字经济发展对共同富裕的影响效应进行实证检验。研究发现:(1)我国数字经济发展对共同富裕的影响呈现先促进后抑制的“倒U”型特征,... 详细信息

文章基于2011—2019年我国30个省份的面板数据,运用面板固定效应模型、门槛效应模型和空间计量模型,就数字经济发展对共同富裕的影响效应进行实证检验。研究发现:(1)我国数字经济发展对共同富裕的影响呈现先促进后抑制的“倒U”型特征,拐点处的数字经济发展指数约为0.975。现阶段,我国数字经济发展对共同富裕具有促进作用。(2)数字经济发展对共同富裕的影响存在门槛效应。一方面,对外开放度越高,数字经济发展对共同富裕的抑制作用越显著;另一方面,数字经济发展对共同富裕的抑制作用会随着政府干预力度的加大而弱化。(3)数字经济发展对本地共同富裕的影响存在显著的先促进后抑制的非线性效应,但对邻近地区共同富裕的空间溢出效应不明显。

关键词：数字经济共同富裕 “倒U”型门槛效应空间溢出效应

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N石化公司战略成本管理研究

N石化公司战略成本管理研究

作者：赵启非兰州财经大学

学位级别：硕士