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锂电池中锂离子浓度NDP测量方法研究

锂电池中锂离子浓度NDP测量方法研究

作者：陈弘杰成都理工大学

学位级别：硕士

安全、高效、清洁的能源转化和存储技术一直是当前科技研究的热点。锂电池能量转化效率高,对环境危害性小,但工作时锂离子浓度的变化会影响电池的倍率性能、循环性能、电导率、内阻等。因此,开展锂电池中锂离子的浓度和分布的精确测定... 详细信息

安全、高效、清洁的能源转化和存储技术一直是当前科技研究的热点。锂电池能量转化效率高,对环境危害性小,但工作时锂离子浓度的变化会影响电池的倍率性能、循环性能、电导率、内阻等。因此,开展锂电池中锂离子的浓度和分布的精确测定研究具有十分重要的意义。通过中子深度剖面分析(Neutron depth profiling,简称NDP)技术,可以无损地获取B、Li、Be、Na等轻核元素在近表面的深度分布信息。NDP技术被广泛用于锂电池负极相关的原位表征研究以及Li对锂电池性能的影响。如果采用增加探测器与样品之间的位置距离来减小探测立体角的方式来提高探测到的锂离子浓度空间分辨率,会导致探测效率下降,因此需要在保证探测空间分辨率时减小探测器和样品之间的距离。在使用NDP技术测量锂电池中的锂浓度时,通过测量能谱反演可以得到目标核素浓度随样品表面深度的分布,而能谱反演计算方法是实现锂离子浓度的重要步骤。目前常用的反演算法存在稳定性较差,反演迭代不收敛等不足,因此需进一步研究反演算法。本论文针对NDP方法测量锂电池中锂离子浓度存在的这两个问题开展研究。本文通过对NDP方法测量锂电池中锂离子浓度原理进行分析,设计了一种微型蜂窝状的准直器,同时对三种NDP反演算法进行研究与评价,并实现了粒子群算法在NDP测量中应用。通过以上研究,论文取得的成果如下:(1)论文分析了H发射角对测量结果的影响,根据NDP分析需求对准直器的技术指标进行理论分析,确定了蜂窝状的准直器的结构,并加工实现了准直器。通过模拟和实验相结合的方法对准直器的性能进行评价,实现了准直器在NDP测量系统的应用。(2)论文基于CARR堆NDP设备建立了NDP方法测量锂电池锂离子浓度分析的模拟平台,采用MCNP软件获得了上测量锂电池锂离子浓度的响应函数矩阵和模拟分析了不同状态下锂离子浓度的能谱。(3)论文讨论了NDP测量锂电池锂离子浓度的反演算法。计算结果表明粒子群算法能够较好的反演出锂电池中Li浓度的深度分布和时间分布。随后将准直器应用于粒子群算法的反演计算中,并对5种不同Li浓度深度分布的模拟能谱进行反演。结果表明准直器能有效提高反演算法的可靠性。

关键词：锂电池性能中子深度剖面分析蜂窝状准直器粒子群算法锂离子浓度

类硫锂二次电池中锂离子浓度变化及锂枝晶生长研究

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电池工业 2017年第3期21卷 1-4页

作者：张洪涛张泽森湖北工业大学纳米电子技术与微系统实验室武汉430068 湖北工业大学电气与电子工程学院武汉430068 武汉楚能电子有限公司武汉430068

在一种新的类硫锂电池,其随着循环周期增加,正极容量增大,达到峰值后不会衰减。在缓慢饱和锂离子电池电化学动力学环境下,锂枝晶的生长将受到电解液中锂离子浓度的影响。锂离子浓度处于欠饱和或饱和状态,锂离子转化为锂原子进而结晶为... 详细信息

在一种新的类硫锂电池,其随着循环周期增加,正极容量增大,达到峰值后不会衰减。在缓慢饱和锂离子电池电化学动力学环境下,锂枝晶的生长将受到电解液中锂离子浓度的影响。锂离子浓度处于欠饱和或饱和状态,锂离子转化为锂原子进而结晶为锂枝晶的条件不存在,对电池循环电化学反应进行模拟分析,证实了以上结论。

关键词：硫锂电池循环动力学薄膜电极锂离子浓度锂枝晶生长

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新型类硫锂电池电解液中锂离子浓度变化分析

新型类硫锂电池电解液中锂离子浓度变化分析

Mn_(3)O_(4)微观结构对固相合成类单晶锰酸锂的影响

第十三届全国电分析化学学术会议

作者：张洪涛吴丹雯潘健张泽森湖北工业大学纳米电子技术与微系统实验室湖北工业大学电气与电子工程学院

在缓慢饱和锂离子电池电化学动力学环境下,锂枝晶的生长将受到电解液中锂离子浓度的影响。实验表明,硫锂电池中负极锂金属,容量衰减较大,电解液中的锂离子浓度达到过饱和,在一定的循环周期后,产生锂金属枝晶的生长条件。一种新的类硫锂... 详细信息

在缓慢饱和锂离子电池电化学动力学环境下,锂枝晶的生长将受到电解液中锂离子浓度的影响。实验表明,硫锂电池中负极锂金属,容量衰减较大,电解液中的锂离子浓度达到过饱和,在一定的循环周期后,产生锂金属枝晶的生长条件。一种新的类硫锂电池,如碳化硅薄膜锂电池,其随着循环周期增加容量增加,锂离子浓度处于欠饱和或饱和状态,锂离子转化为锂原子进而结晶为锂枝晶的条件不存在。就此两种情况对其分类,一是快饱和情况下,锂离子可以从溶液中浸出,在金属锂片上生长枝晶,大多为不稳定型;二是慢饱和环境下,锂离子浓度临界饱和或欠饱和情况,锂离子不能转化为锂原子,无核生长为锂枝晶。类硫锂电池在克服了循环周期短的条件下,在形成临界饱和或欠饱和状态下,可以成为一种安全稳定的锂二次电池。

关键词：硫锂电池循环动力学电解液锂离子浓度锂枝晶生长

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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精细化工 2023年第3期40卷 608-613页

作者：尹金佩王洋朱林剑刘泽萍范广新河南理工大学材料科学与工程学院河南焦作454003 焦作伴侣纳米材料工程有限公司河南焦作454000

探究了Mn_(3)O_(4)的微观结构对高温固相法制备类单晶锰酸锂(LiMn_(2)O_(4))的影响。结果表明,前驱体对LiMn_(2)O_(4)的结构和形貌有决定性的影响。粒度小、比表面积大的类球形Mn_(3)O_(4)更易制得类单晶锰酸锂,其颗粒团聚致密、表面光... 详细信息

探究了Mn_(3)O_(4)的微观结构对高温固相法制备类单晶锰酸锂(LiMn_(2)O_(4))的影响。结果表明,前驱体对LiMn_(2)O_(4)的结构和形貌有决定性的影响。粒度小、比表面积大的类球形Mn_(3)O_(4)更易制得类单晶锰酸锂,其颗粒团聚致密、表面光滑,且晶胞参数小、能量密度大、Li+浓度高。类单晶锰酸锂的综合电化学性能和热稳定性远高于非类单晶材料,在0.2 C倍率下首次放电比容量和库仑效率分别高达112.50 mA·h/g、96.5%,8 C倍率下放电比容量仍有102.11 mA·h/g,200次循环后容量保持率为90.1%。类单晶锰酸锂优异的性能归因于其具有稳定的晶体结构和外露表面、较高的Li+浓度,在电化学反应中结构稳定、锂离子迁移速率快、电极极化和电荷转移阻抗小。

关键词：前驱体类单晶锰酸锂锂离子浓度微观结构热稳定性电子化学品

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基于电化学模型的锂离子电池状态估计

基于电化学模型的锂离子电池状态估计

作者：陈琦江苏大学

学位级别：硕士

随着化石燃料储量的枯竭和空气污染的加剧,电动汽车因其低排放和高能效而成为目前各车企的发展重点。锂离子电池因其具有电池电压高、能量密度高、使用寿命长、记忆效应低、自放电低和重量轻等优点,而被认为是电动汽车最佳的动力源。电... 详细信息

随着化石燃料储量的枯竭和空气污染的加剧,电动汽车因其低排放和高能效而成为目前各车企的发展重点。锂离子电池因其具有电池电压高、能量密度高、使用寿命长、记忆效应低、自放电低和重量轻等优点,而被认为是电动汽车最佳的动力源。电池安全高效地运行需要准确估计锂离子电池的状态,为此提出了一种基于电化学模型的电池状态估计方法,并考虑了环境温度对电池模型中参数的影响以提高估计方法的鲁棒性。论文的主要研究内容如下:1、阐述了锂离子电池的基本结构和工作原理,推导了单粒子模型的数学公式。为了降低运算复杂度,使用离散化方法对单粒子模型进行降阶。通过实验获取的电池充放电数据对所建立的单粒子模型进行参数辨识,参数辨识时考虑了温度对模型中一些参数的影响,以提高所建立的单粒子模型的鲁棒性。最后通过实验数据对电池单粒子模型的精度进行验证。2、介绍了电池实验台架的组成和电池实验的测试流程。实验台架包括控制电脑、电池测试仪、温箱和锂离子电池。测试实验主要分为三部分:分别为不同温度下不同倍率的恒流充放电实验、城市内驾驶循环测试(Federal Urban Driving Schedule,FUDS)实验以及混合功率脉冲特性(Hybrid Pulse Power Characteristic,HPPC)实验。通过实验获取电池多种情况下充放电的数据,用于上述提到的辨识模型参数和估计电池状态等工作中。3、提出了基于表层锂离子浓度限制的电池功率状态(state of power,SOP)预测方法,并简要阐述了基于荷电状态(state of charge,SOC)和电压限制的电池SOP预测方法,用于与基于表层锂离子浓度限制的方法作为对比。针对直接求解电池SOP较为困难的问题,介绍了四种优化算法对电池功率进行求解,包括二分法、遗传算法、粒子群算法和灰狼算法,并将四种算法的求解结果进行对比,选择其中的最优者。最后通过与实验结果对比验证了所提出的电池SOP预测方法的准确性和鲁棒性。4、提出了一种基于自适应电化学模型的电池健康状态(state of health,SOH)和SOC联合估计方法。电池SOH和SOC可以通过模型中的相关参数以及锂离子浓度分布来求解,为了提高电池SOH和SOC估计的准确性和可靠性,使用混合狼群算法对电化学模型中的相关参数(包括可循环锂离子数量,内阻,固相扩散系数和初始SOC)进行在线辨识。为了提高模型参数在线辨识的速度和准确性,通过反向传播(back propagation,BP)神经网络来估计电池的容量,以此缩小可循环锂离子数的辨识范围。最后将估计结果与实验结果对比,验证了该方法的估计准确性和对不同老化程度的鲁棒性。

关键词：电化学模型电池状态锂离子浓度神经网络优化算法

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近期热点文章

电化学 2021年第1期27卷 118-119页

作者：詹东平厦门大学化学化工学院

美国太平洋西北国家实验室肖婕研究团队,采用系列先进表征技术,观测到富镍层状单晶材料在充放电过程中,由晶格中的锂离子浓度梯度引起的晶体结构沿(003)晶面的可逆的滑移和裂缝现象,为从材料合成的源头缓和颗粒碎裂提供了线索。

关键词：充放电过程单晶材料材料合成晶体结构表征技术裂缝现象锂离子浓度研究团队

羧甲基纤维素钠制备羧甲基纤维素锂的工艺研究

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造纸科学与技术 2011年第2期30卷 32-35页

作者：蔡振和叶君周帅马超陈卉平叶晓文华南理工大学轻工与食品学院广东广州510640 华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

本文以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为原料,经过酸化反应和中和反应后制备出羧甲基纤维素锂(CMC-Li)。根据锂离子原子吸收,研究了影响制备羧甲基纤维素锂的因素,研究结果表明:最佳的反应温度为35℃;最佳的酸化时间为10min;在本文的研究范围内... 详细信息

本文以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为原料,经过酸化反应和中和反应后制备出羧甲基纤维素锂(CMC-Li)。根据锂离子原子吸收,研究了影响制备羧甲基纤维素锂的因素,研究结果表明:最佳的反应温度为35℃;最佳的酸化时间为10min;在本文的研究范围内,2g的CMC-Na与12%氢氧化锂溶液反应的最佳量为3mL。通过FT-IR表征样品的结构,表明本文所制备出的样品为羧甲基纤维素锂。

关键词： CMC-Na CMC-Li 原子吸收测定红外光谱锂离子浓度

基于Li3xLa2/3-xTiO3的无机固态锂离子导体的电性能研究

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基于Li3xLa2/3-xTiO3的无机固态锂离子导体的电性能研究

作者：郭晓娜华中科技大学

学位级别：硕士

锂离子电池在表现出更加广阔的应用前景的同时,也逐渐暴露出一些问题。近年来因锂电池电解液泄露、或在高温环境下使用导致爆炸的事故越来越多。锂离子电池的安全问题已经引起了人们的重视。使用非可燃性无机固体锂离子电解质可以很好... 详细信息

锂离子电池在表现出更加广阔的应用前景的同时,也逐渐暴露出一些问题。近年来因锂电池电解液泄露、或在高温环境下使用导致爆炸的事故越来越多。锂离子电池的安全问题已经引起了人们的重视。使用非可燃性无机固体锂离子电解质可以很好地解决这一问题。固态锂离子电解质目前也存在诸多不足,最重要的一点是锂离子电导率比液态电解质材料低。本文从体电导率和晶界电导率两方面入手,分析锂离子含量和Sr元素掺杂对Li3xLa2/3-xTiO3陶瓷体电导率的影响,并用空间电荷层模型解释晶界处锂离子电导率低的现象,探究低晶界离子电导的物理本质。采用固相合成法制备了不同锂含量的Li3xLa2/3-xTiO3陶瓷,XRD分析样品的物相及晶格参数,EIS进行电导性能测试。分析结果可得,锂含量较低的LLTO样品为四方相,随锂含量增加,物相逐渐向立方相转变。在室温20°C下,x=0.12时,LLTO的总电导率最高,为σ=5.45×10-5(S?cm-1);x=0.14时,LLTO的体电导率最高,为σ=1.02×10-3(S?cm-1)。通过对LLTO样品进行Sr元素的掺杂,制得了Li0.36SryLa0.55-2/3yTiO3陶瓷,XRD分析其物相,SEM观察其组织形貌,EIS进行电导性能测试,与没掺Sr的样品(Li0.36La0.55TiO3)的结果进行比较。分析表明掺Sr的样品物相为立方相,晶格参数也有所增大,相对于没掺Sr的样品体电导率略有提高,在室温20°C下,为σ=1.15×10-3(S?cm-1)。因此,Sr元素的掺杂可将物相在室温下稳定为立方相,增大晶格参数,扩大锂离子的传输瓶颈,进而增大样品的体电导率。以样品Li0.30La0.57TiO3为例,对其进行微观形貌表征、电学性能测量分析,探究LLTO的低晶界电导的物理本质。利用SEM和TEM,探究晶界处的微观形貌,表明没有杂质相的影响。用空间电荷层模型来解释低晶界电导的现象,计算出晶界核电势的大小、空间电荷层的厚度及样品中Li?在空间电荷层内的分布。

关键词： LLTO 体电导锂离子浓度晶界电导空间电荷层

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新风溶液除湿与吊顶辐射空调系统舒适性研究

新风溶液除湿与吊顶辐射空调系统舒适性研究

作者：刘静广州大学

学位级别：硕士

新风溶液除湿与吊顶辐射空调是温湿度独立控制的一种新型空调技术之一，在空调节能、改善室内热环境、稳定空气品质、提高人体舒适度等方面具有诸多优势，应用前景广阔。本研究以广州某办公室为例建立了物理模型和数学模型，应用PHOENIC... 详细信息

新风溶液除湿与吊顶辐射空调是温湿度独立控制的一种新型空调技术之一，在空调节能、改善室内热环境、稳定空气品质、提高人体舒适度等方面具有诸多优势，应用前景广阔。本研究以广州某办公室为例建立了物理模型和数学模型，应用PHOENICS软件对两种送风方案下的室内温度、空气流速、相对湿度、溴化锂溶液离子浓度、空气龄及PMV-PPD进行数值模拟，实验验证了所建立的模型正确，模拟结果可信，分析对比了不同送风方式及不同送风量对室内溶液离子浓度分布的影响，比较了两种送风方式的送风气流均匀性、空气龄及热舒适性，且利用PMV-PPD和ADPI指标对该系统运行达到的热舒适性进行评价。研究结果表明：对比实测值和模拟值，温度及速度的平均误差控制在15%以内，所建模型正确，模拟结果合理。实验和模拟均可得到该系统运行时温度、速度具良好的均匀性，较好的热舒适性及室内空气品质。在机组额定送/回风量为4000/3200m/h情况下，实验测试的送风口锂离子浓度最大值为0.420μg/m，模拟得出不同送风方式及不同风量下空气中的Li+浓度值均远远小于标准限值70μg/m（英国Winton环境质量管理监测中心制定标准），初步断定不会对人体健康带来危害。在额定送/回风量、百叶水平侧送时假设室内Li+浓度达到70μg/m时，通过模拟计算估算出送风口允许的Li+浓度值范围为100～120μg/m。风口上倾侧送风时，ADPI指标为86.6%，平均空气龄为670s左右，PMV-PPD指标满足-0.5≤PMV≤+0.5及PPD≤10%要求。

关键词：新风溶液除湿 PHOENICS模拟实验测试锂离子浓度热舒适性