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基于应力信号的多类型电池析锂检测研究

上海理工大学学报 2024年第1期46卷 1-9页

作者：魏振伟毛烁源汪宇韩雪冰卢兰光欧阳明高清华大学车辆与运载学院北京100084 上海理工大学机械工程学院上海200093

为解决传统析锂检测方法精度低和实时性差等问题,引入应力信号研究电池在析锂过程中的机械特性,并从机理实验和模拟仿真等角度展开定性和定量研究。运用弛豫电压信号和超声检测方法确定了电池的析锂阈值,并采用COMSOL Multiphysics仿真... 详细信息

为解决传统析锂检测方法精度低和实时性差等问题,引入应力信号研究电池在析锂过程中的机械特性,并从机理实验和模拟仿真等角度展开定性和定量研究。运用弛豫电压信号和超声检测方法确定了电池的析锂阈值,并采用COMSOL Multiphysics仿真平台建立了电池三维机械–电化学耦合模型,导出仿真应力信号。最终通过应力关于容量的微分这一指标实时检测并与实验标定的析锂阈值进行比较,以此来判断电池在充放电过程中是否产生了析锂,实现实时且无损地对电池进行析锂检测的目标。研究成果为锂离子电池析锂检测提供新的方法和思路。

关键词：机械应力锂离子电池析锂检测

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基于锂离子电池老化行为的析锂检测

电化学 2016年第6期22卷 607-616页

作者：张剑波苏来锁李新宇葛昊张雅琨李哲清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 北京理工大学北京电动车辆协同创新中心北京100081

析锂会极大地影响锂离子电池的寿命和安全性,锂离子电池的析锂检测十分必要.本文根据锂离子电池的两种主要老化机理—SEI(Solid Electrolyte Interface)膜生长和析锂对老化行为上的不同影响,基于多应力作用下的锂离子电池循环老化实验结... 详细信息

析锂会极大地影响锂离子电池的寿命和安全性,锂离子电池的析锂检测十分必要.本文根据锂离子电池的两种主要老化机理—SEI(Solid Electrolyte Interface)膜生长和析锂对老化行为上的不同影响,基于多应力作用下的锂离子电池循环老化实验结果,提出了两种检测析锂的方法,分别为内阻-容量轨迹法和阿伦尼乌斯准则法.两种方法的判定结果具有良好的一致性.之后,利用微分电压法区分了电池容量损失的不同来源,并进行了电池负极片EDS(Energy Dispersive Spectrometer)能谱分析,对析锂检测方法进行了验证.本文方法只需利用电池老化过程中可测的容量和内阻等电学量,判断方法简便,可实现非解体检测;同时,利用了单次循环的微量析锂在时间尺度上的累积,对析锂工况的辨识具有较高的敏感性.本文方法对锂离子电池的寿命加速测试、延寿使用、安全管理等具有重要意义.

关键词：锂离子电池析锂检测老化行为内阻-容量轨迹图阿伦尼乌斯准则

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应用支持向量机的锂电池不可逆析锂检测研究

电工技术学报 2024年

作者：陈猛王军王雯雯熊瑞北京理工大学机械与车辆学院

锂离子电池被广泛应用于电动汽车、电化学储能和移动终端产品等，快充需求强烈伴随着析锂及由此引发的安全事故屡有发生。然而，析锂是发生在石墨负极表面的电化学副反应，电池充电析锂难以避免，因此，实时精确的在线析锂检测非常重要... 详细信息

锂离子电池被广泛应用于电动汽车、电化学储能和移动终端产品等，快充需求强烈伴随着析锂及由此引发的安全事故屡有发生。然而，析锂是发生在石墨负极表面的电化学副反应，电池充电析锂难以避免，因此，实时精确的在线析锂检测非常重要。本文以商用钴酸锂电池为研究对象：分析了电池不同老化状态、工况条件下的小倍率放电容量增量曲线，提出了一种人工特征提取和筛选方法；应用非线性支持向量机算法，提出了针对不可逆析锂在线无损检测的电池析锂状态分类方法；采用已有析锂分类标签开展检测精度验证，结果表明析锂检出率≥95%、误检率＜10%。

关键词：锂离子电池支持向量机容量增量曲线析锂检测

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锂离子电池无损析锂检测研究进展

储能科学与技术 2023年第1期12卷 263-277页

作者：邓林旺冯天宇舒时伟郭彬张子峰深圳市比亚迪锂电池有限公司坑梓分公司弗迪动力有限公司广东深圳518122

人们对新能源汽车快速充电的需求与现有纯电动汽车的充电效率之间的矛盾将会越来越突出。锂离子电池在正常充电速率下,锂离子嵌入石墨负极;当充电倍率逐渐增大时,金属锂来不及嵌入石墨层状结构时便会沉积在石墨颗粒表面,出现“析锂”现... 详细信息

人们对新能源汽车快速充电的需求与现有纯电动汽车的充电效率之间的矛盾将会越来越突出。锂离子电池在正常充电速率下,锂离子嵌入石墨负极;当充电倍率逐渐增大时,金属锂来不及嵌入石墨层状结构时便会沉积在石墨颗粒表面,出现“析锂”现象。当析锂现象随时间慢慢累积后,电池容量渐渐降低,严重时甚至会发生热失控事件。在锂电池早期发展阶段,检测析锂非常具有挑战性,且主要基于拆解电池后的形貌检测,这类检测方法对电芯造成了不可逆的损坏,无论是在后期研究还是实际应用中都是非常不友好的方式。近年来,研究人员已经提出了许多无损(即非拆解的方式)析锂检测方法,本文综述了无损析锂检测的方法,将其分为四类:(1)基于锂引起电芯老化的检测方法;(2)基于锂引起阻抗变化的检测方法;(3)基于锂引起电化学反应的检测方法;(4)基于锂引起电芯物理化学特性变化的检测方法。本文系统地对现有的无损析锂检测方法的原理、优缺点进行了概述,并对目前无损析锂检测方法进行了总结与展望,以提出这一不断发展的研究领域的技术现状和当前的研究空白。

关键词：析锂检测无损检测在线检测锂离子电池电池安全

滴定-气相色谱技术在锂离子电池析锂定量检测中的应用

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储能科学与技术 2022年第8期11卷 2564-2573页

作者：孙涛沈腾腾刘昕任东生刘金海郑岳久王鲁彦卢兰光欧阳明高上海理工大学机械工程学院上海200093 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 北京昇科能源科技有限责任公司北京102101

锂离子电池在快速充电时会诱发负极析锂,造成严重的容量衰减和可能的安全问题。因此,准确识别电池内部的析锂量对于解决这些问题至关重要。本工作研究了滴定-气相色谱仪(titration gas chromatography,TGC)技术在石墨负极锂离子电池上... 详细信息

锂离子电池在快速充电时会诱发负极析锂,造成严重的容量衰减和可能的安全问题。因此,准确识别电池内部的析锂量对于解决这些问题至关重要。本工作研究了滴定-气相色谱仪(titration gas chromatography,TGC)技术在石墨负极锂离子电池上定量检测析锂的有效性,实现了该方法在石墨负极析锂定量检测上的应用,最小检测极限为2.4μmol金属锂。首先,利用已知浓度的标准气体对气相色谱仪(gas chromatography,GC)进行标定,确定了氢气浓度与GC检测到氢气信号面积之间的关系,进一步通过不同金属锂含量的样本对实验装置的可行性进行分析,证明了所开发的检测系统可以实现金属锂含量的定量检测,并确定了金属锂含量与TGC检测到氢气浓度的关系。在此基础上,使用核磁共振定量析锂检测技术,对TGC方法用于石墨负极析锂的定量检测的有效性和准确性进行了验证。最后,利用所开发的TGC检测系统,对两个不同析锂程度的1 Ah软包电池进行了析锂定量检测,与根据容量衰减估算的电池析锂的量相比,TGC检测的析锂量的误差小于7%,实现了电池析锂量的准确检测。

关键词：锂离子电池析锂检测滴定-气相色谱技术核磁共振技术

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一种三元锂电池析锂特性以及检测方法研究

建模与仿真 2024年第1期13卷 828-837页

作者：吴思杰上海理工大学机械工程学院上海

锂电池在充电过程中会发生不同程度的析锂,析锂会影响电池的正常工作状态,对电池的性能产生影响。本论文以LG4.2V/2.75Ah18650轻型圆柱锂电池为主要的研究对象,探究三元锂电池充电后析锂的发生条件以及影响因素,对锂电池析锂特性进行分... 详细信息

锂电池在充电过程中会发生不同程度的析锂,析锂会影响电池的正常工作状态,对电池的性能产生影响。本论文以LG4.2V/2.75Ah18650轻型圆柱锂电池为主要的研究对象,探究三元锂电池充电后析锂的发生条件以及影响因素,对锂电池析锂特性进行分析,同时基于弛豫电压微分曲线的方法,寻找一种可行析锂的检测方式,最后通过并联试验对比正常老化与析锂老化两种不同老化模式对电池寿命的影响,探究析锂对电池安全性与可靠性的影响。

关键词：三元锂电池析锂特性析锂检测弛豫电压并联实验

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电化学储能系统中的电位智能传感与应用

中国科学基金 2023年第2期37卷 218-229页

作者：闫崇陈翔张强清华大学化学工程系北京理工大学前沿交叉科学研究院

电化学储能的深度参与是构建新型低碳电力系统的关键核心。规模化储能电站和新能源汽车将作为电化学储能的重要载体，但其核心部件锂电池面临的安全问题也日益突显。因此，提升电化学储能系统的安全性、稳定性和可预警性是当务之急。基... 详细信息

电化学储能的深度参与是构建新型低碳电力系统的关键核心。规模化储能电站和新能源汽车将作为电化学储能的重要载体，但其核心部件锂电池面临的安全问题也日益突显。因此，提升电化学储能系统的安全性、稳定性和可预警性是当务之急。基于传统单调采集外部信号的解决方案已无法满足当前储能系统的需求。在电池内部植入智能传感器(电位、温度、压力、气体等)实现多维度感知正发展成为解决电池研究的重要手段。深入理解电位传感器的原理与挑战，准确定义其关键科学问题，促进电池的化学工程过程定量描述，并结合数据科学和人工智能解析技术开发面向不同应用场景的电位智能传感器，在电池快充、安全预警及寿命预测等方面将发挥重要支撑作用。

关键词：电位智能传感电化学储能析锂检测电池快充寿命预测参比电极

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