试论锂离子电池材料研究进展

22/22HYPERLINK"/"本文由随风而动1989贡献doc文档可能在WAP端扫瞄体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。锂离子电池材料研究进展综述了最近几年来锂离子电池相关材料的研究.锂离子电池相关材料要紧包括:①正极材料,要紧有LiCoO2、LiMn2O4和LiNiO2等;②负极材料,要紧有焦炭、石墨等;③电解质材料,要紧包括锂盐、有机溶剂和添加剂等.作者：庄全超武山刘文元陆兆达作者单位：西北核技术研究所,陕西,西安,710024刊名：电池ISTICPKU英文刊名：BATTERYBIMONTHLY年，卷(期)：200333(2)分类号：TM912.9关键词：调:锂离子电池正极负极有机电解液材料机标分类号：TM2TB3机标关键词：锂离子电池材料研究相关材料电解质材料正极材料有机溶剂负极材料添加剂石墨锂盐焦炭基金项目：DOI：参考文献(29条)任旭梅.吴川.何国蓉.李汉军.吴锋.王国庆.陈实锂离子电池正负极材料研究进展[期刊论文]-化学研究与应用2000(4)周恒辉.慈云祥.刘昌炎锂离子电池电极材料研究进展[期刊论文]-化学进展1998(1)徐仲榆.苏玉长.王要武锂锰氧材料在充放电过程中的结构变化2000(3)吴晓梅锂离子电池阴极材料尖晶石结构Li1+xMn2-xO4的研究[期刊论文]-电化学1998(4)唐致远.李建刚.薛建军锂电池正极材料LiMn2O2的改性与循环寿命2000(8)李春鸿锂离子二次电池1996(6)曹志东锂离子电池负极热解碳材料的研究[期刊论文]-复旦学报(自然科学版)1999(1)CHUNGG.KimH.YuSOriginofgraphiteexfoliationaninvestigationoftheimportantroleofsolventcointercalation2000(12)JeongS.InabaM.MogiRSurfacefilmformationonagraphitenegativeelectrodeinlithium-ionbatteries:atomicforcemicroscopystudyontheeffectsoffilm-formingadditivesinpropylenecarbonatesolutions2001(17)ShuZX.McmillanRS.MurrayJJEffectsof12crown4ontheelectrochemicalintercalationoflithiumintographiteAurbachD.ZabanA.SchargeableAThestudyofelectrolytesolutionsbasedonethyleneanddiethylcarbonatesforrechargeableLibatteries1995(9)Aurbach.MarkovskyB.WeissmanIOnthecorrelationbetweensurfacechemistryandperformanceofgraphitenegativeelectrodesforLiionbatteries1999马树华锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅱ.具有“核壳”结构的碳及其对电池性能的阻碍[期刊论文]-电化学1997(1)马树华锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅲ.人工施加的固体电解质膜对锂碳负极电池性能的改善[期刊论文]-电化学1997(3)LarryJK.WilliamL.SummerfieldJCorrosionofaluminumathighvoltagesinnon-aqueouselectrolytescontainingperfluoroalkylsulfonylithiumsaltsforLi-ioncells1997(2)ArmandMB.ElKadiriC.MoursliFBisperhalogenoacy1-orsulfony1-imidesofconductorelementsforelectrochemicalgenerators1985DomineyLA.KochVU.BlakleyTJThermallystablelithiumsaltsforploymerelectrolytes1992XianmingW.EikiY.ShigeakiKElectrochemicalpropertiesoftetrahydroppyran-basedternaryelectrolytesfor4Vlithiummetalrechargeablebatteries2002SartoriP.LgnatyevNLithiumfluorophosphateandtheiruseasconductingsalts2001FusajiK.HideoS.AriraKElectronicstructuresandelectrochemicalpropertiesofLiPF6-n(CF3)n2001YokoyanaK.SasanoT.HiwaraAFluorine-substitutedcycliccarbonateelectrolyticsolutionandbatterycontainingthesame2000AraiJ.KatayamaH.AkahoshiHBinarymixedsolventelectrolytescontainingtrifluoropropylenecarbonateforlithiumsecondarybatteries2002(2)WANGX.YasukawaE.KasuyaSNonflammabletrimethylphosphatesolvent-containingelectrolytesforlithium-ionbatteries(Ⅱ)theuseofanAmorphouscarbonanode2002(2)WANGX.YasukawaE.KasuyaSNonflammabletrimethylphosphatesolvent-containingelectrolytesforlithium-ionbatteries(])fundamentalproperties)fundamentalproperties2001(10)BesehardJO.WagnerMW.WinterMInorgamicfilm-formingelectrolyteadditivesimprovingthecycingbehaviurofmetalliclithiumelectrodesandtheself-dischargeofcarbon-lithiumelectrodes1993NealM.GolovinDWP.JamesTApplicationsofmetallocenesinrechargeablelithiumbatteriesforoverchargeprotection1992(1)AbrahamKM.PasyuarielloDM.WillstandEBN-Butyferrocenceforoverchargeprotectionofsecondarylithiumbatteries1990(6)ChaCS.AiXP.YangHXPloypyridinecomplexesofironusedasredoxshuttlesforoverchargeprotectionofsecondarylithiumbatteries1995(2)AdachiM.TanakaK.SekaiKAromaticcompoundsasredoxshuttlefor4Vclasssecondarylithiumbatteries1999(4)更多……相似文献(2条)期刊论文聚合物锂离子电池-电池2003,33(2)期刊论文Al3+、F-掺杂LiMn2O4的高温电化学性能-电池2003,33(2)相关博文(27条)LiFePO4锂离子电池的结构与工作原理双向电泳实验过程及相关溶液配置聚合物锂离子电池介绍纳米会唱歌（原创+科普）碳纳米管收音机与碳纳米试管(原创*科普)天体自旋、公转的形成缘故吹牛不上税，“锌空气电池欲替代锂电池”治沙与致沙实验室常用英语-化学生物类[ZZ]我有义务关心民科宣传他的研究成果DNA双螺旋，阴极阳极与光伏电池及DNA发光之狂想曲对过去一年半的回忆和对以后的考虑1王传福缔造了中国最大的“模仿王国”有机化学差不多概念电池到底如何充才好?最新的八大自然规律最新发觉的自然规律正电之间相互吸引、负电之间相互排斥是最新发觉的自然规律采纳磷酸铁锂正极材料的动力电池首次应用于奥运大巴风华高科背后的故事研究生文献阅读方法化学所研制出高性能锂离子电池负极材料关于工程教育的讨论863打算新材料技术领域课题催化相关部分湖南大学化学化工学院２００３年科学研究项目表走南闯北：西域游记之1987（III）东航事件：一个坏的好情况更多……引证文献(18条)钟胜奎.刘乐通.姜吉琼.刘洁群.王健.李阳.朱峰锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成及性能[期刊论文]-材料导报2009(6)张玲.陈平.李丹化学分析法测定锂离子电池正极材料中的锰[期刊论文]-电池2007(06)李娟.史鹏飞.郭瑞锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的合成及性能研究[期刊论文]-化工新型材料2007(08)陈灵谦正极材料Li3V2(PO4)3的制备及性能[期刊论文]-电池2007(02)任慢慢.李宇展.周震.高学平.阎杰微波法合成正极材料Li3V2(PO4)3[期刊论文]-电池2006(01)陈平.张玲.李丹.张涛.陈金花化学法测定锂离子电池正极材料中的镍[期刊论文]-长沙理工大学学报（自然科学版）2006(01)胡杨18650型锂离子电池的安全性能研究[学位论文]硕士2006檀柏杉.韩恩山.李鹏LiNi1/3Co1/4Mn1/3M1/12O2(M=Al,Ti)的性能研究[期刊论文]-电池2005(04)熊俊威.曹晓燕.程小爱.孙淑红天然石墨及其表面化学修饰的研究进展[期刊论文]-电池2005(02)赵煜娟.夏定国.刘庆国正极材料LiNiO2贮存问题的研究[期刊论文]-电池2005(01)锂离子电池组专家诊断系统的研究摘要：对电池组故障进行诊断是电池治理系统的重要功能。依照锂离子电池组故障和外部特性之间的关系，建立了电池组故障诊断专家系统的模型，并给出了专家系统所用规则、历史档案数据内容以及电池组运行性能评估的算法，最后通过试验对结果进行了验证。关键词：电池组；专家诊断；监控系统1引言随着国家经济的不断进展，对能源、电力、交通、通信、环保等领域现代化要求也在不断提高。作为后备能源的蓄电池系统正在被大量使用，对所有不同意断电的供电电源系统来讲，蓄电池组差不多上一个不可缺少的后备电源系统。而且，蓄电池系统在各行业中应用越来越广泛。蓄电池运行状态是否正常，直接阻碍着应用领域中各种设备的正常、可靠和安全运行。特不是无人值守的现场及电子商务中心、银行的后备电池就显得尤为重要。经测试及优选分组的电池组中的各个单体电池之间仍然存在性能差异，这些差异在电池的长期运行过程中因环境的微小差不（如温度差）能够不同程度地产生新的差异。通过长期运行，个不电池性能明显下降，严峻阻碍电池组性能，甚至造成事故，需要早期诊断出单电池的性能下降和早期故障。另外，单电池的性能下降及故障会降低电池组的SOC（荷电状态）值，因为性能差的一个单体电池的电量决定了整个电池组的荷电状态。一个电池组一般是由数个单体电池或电池模块串联组成；性能落后的单体电池可能会使整个电池组提早终止放电。因而需要配备电池故障早期诊断专家系统。通过诊断系统能实现电池故障和隐患的早期预报，从而能有效地增加电动车电池组的续驶里程及无故障工作时刻，使维护工作量降到最低，由此保证了电动车能可靠运行。电动车的能量全部或部分来自储能电池。制约电动车技术进展和电动车产业化的一个要紧问题是储能电池及其应用问题。电池使用中的一个突出问题确实是各电池之间的差异，存在着不一致性，因此早期发觉电池的不一致性和故障就成为特不关键的技术难题。需要研制一个电池组的早期故障专家诊断系统。通过专家诊断系统，我们能够实现对不健康电池的早期诊断，也使剩余电量可能模型能更准确，如此能够延长电池的使用寿命并进一步降低电池的使用成本，增加电动车的续驶里程，提高车辆行驶的可靠性。该系统及技术的研究具有理论价值和促进电动汽车产业化的重大意义。2专家诊断系统的国内外进展现状依照国际电工学会(IEC)在1995年制定的电池治理系统标准的要求，电动车用电池治理系统必须具备一定的电池诊断功能，包括不健康电池早期报警和提供电池老化信息。在这10多年里，国外各大公司均对此进行大力攻关研究，并在其运行使用的电池治理系统中加入了一定的电池诊断功能。其中代表性的公司有德国MentzerElectronicGmbH和WernerRetzlaff为首设计的BADICOaCH系统；美国Aerovironmevt公司开发的SmartGuard系统(Long--LifeBatteryUsingIntelligentModularControlSystem)。（1）BADICOaCH系统BADICOaCH系统是BADICHEQ系统的改进，它具有的电池诊断相关功能：对最近24个充放电周期的详细数据进行存贮并同意在对电池好坏作推断时进行快速查找电池差不多信息和错误使用情况;（2）SmartGuard系统SmartGuard系统具有的电池诊断相关功能要紧有提供放电极性反向报警和电池历史记录和归档。国内对电池故障诊断也有一定的研究，如春兰研究院，清华大学，但大部分研究还处于起步时期。本文对电池故障诊断的研究要紧是查找电池性能故障与电池某个或N个参数的相互关系，通过实时监测、比较同一电池组的不同单体电池间的参数变化并考虑一些其他因素来进行综合诊断。通过长期的研究，已归结出了一个初步可行的算法并在电动车跑车实验用于电池诊断。其思想在于同一个电池组的各个单体电池在相同的充放电电流下，各个单体电池的性能大多数是相近的，但还有一些电池的性能存在不一致。通过综合考虑各个电池在此段时刻内对平均电压的偏移及各个电池在此段时刻内的电压变化能够可能出电池性能的好坏。单电池电压偏移小且电压变化小的电池性能相对好。因为没有一种电池的故障是表现为充电时电压上升慢，放电时电压下降慢。3专家故障诊断系统的设计3.1专家系统简介专家系统是一个具有大量专门知识的程序系统。它能够依照所提供的某专门领域的知识进行推理，模拟人类某一领域专家作决策的过程，解决那些需要专家才能解决的复杂问题。专家系统要紧由知识库、推理机、工作存储区、知识猎取子系统和解释界面等五个部分组成。其中，知识库和推理机是专家系统的核心。知识库要紧用来存放领域专家所提供的专门知识，它包括事实库和规则库。推理机的功能是依照一定的推理策略从知识库中选择有关知识，对用户提供的证据进行推理，直到得出相应的结论[1]。另外，一些专家系统还具有自动知识猎取的功能。一方面从外部通过与专家的问答猎取知识，另一方面系统在运行中能够自己不断总结经验，从内部猎取知识。3.2总体设计针对目前电动汽车正在开发使用的磷酸铁锂电池的工作原理及其在电动车上的使用进行深入了解，并分析电池使用专家的电池诊断经验，总结电池的诊断规则。同时应用模糊数学的知识，初步提出一个合理、有用的电池组故障诊断模型。依照电池组故障诊断模型对电池使用状态数据的需求，开发电池组数据采集系统及相应的上位机人机交互界面。随后按照专家系统的架构构建电池故障专家诊断系统。包括：１２３４５建立全局数据库建立电池历史档案数据库建立规则库开发推理调度程序模块开发人机交互程序模块。最后利用电池故障专家诊断系统对电动车内使用的电池进行诊断试验，在试验中实现对电池诊断模型参数的调整，使之不断趋于完善。总体设计结构图如图1所示。图1电池组诊断专家系统结构图3.3电池诊断模糊专家系统所用规则我们对电池专家提供的电池故障诊断规则、电池诊断和维护的资料进行分析整理后写入专家系统。然后经试验验证，实现取舍和增加[2]。以锂离子电池为例，系统中的规则要紧有：（1）放电电压下降快、电压低，充电电压上升快、电压高，则电池容量变小；（2）静置时电池端电压下降快，长期放置电压低，则自放电过大；（3）放电时电池端电压下降专门快，电压比平均电压低1伏左右，则有单元电池损坏；（4）蓄电池开路电压专门低、不能带负载，则电池损坏或连接不正常；（5）充电时电压偏高，放电时电压偏低，则该单体电池内阻过大；（6）充电时电压极高，则蓄电池内部开路；（7）电池自开始放电起，其电压就一直比不的电池略低，其放电平台性能正常，则电池可能充电不足；（8）电池在放电过程中，某节单体电池温度比其他单体电池温度高3℃以上，则该电池内阻过大。3.4历史档案数据内容及其建立以本实验采纳的磷酸铁锂电池为例，保存在历史档案中的数据要紧有：（1）电池出厂时的关键数据（如出厂日期、标称容量、开路电压等）；（2）使用的总安时数；（3）过充和过放时最大电压、电流、温度的记录；（4）最近10个充放电周期内充电周期属于电压最高的次数和放电周期属于电压最低的次数；（5）最近10个周期内充电时温度升降数据和充电效率；（6）最近10个周期内小电流充电时电压差不；（7）自放电时刻间隔；（8）上一次诊断的健康程度（SOH）结果。在系统运行的第一次，对历史档案进行初始化。初始化的原则是除了一些已知的差不多参数外，其他部分都设置为最佳状态。在以后的运行过程中，系统自动地把与电池有关的重大事件记录下来，对历史档案进行修改。假如电池组中的某一个电池被撤换下来，则应对刚换上的电池的历史档案进行初始化。对历史档案中的使用总安时数、总充放电周期数、过充、过放及充电不足等阻碍电池健康和使用寿命的记录采纳长期经历并进行累加的方法；关于另外表现性能的历史数据则采纳定期刷新的方法。历史档案的具体实现方案是：在系统中采纳长期经历芯片EEPROM来保存历史数据，同时在系统中加一个时钟电路和一个供电电池为历史数据提供时刻信息。3.5故障定义及处理流程本系统采纳四级故障报警定义，分不为一级温差故障，温度极高故障，单体电压极高故障；二三四级温差故障，压差故障，温度过高故障，单体电压极高故障，单体电压过低故障。当系统上电后，电池组数据采集系统会在电池组充放电过程中，每隔一定时刻循环采集电池组单体的电压，温度等信息。当发生故障时记录并标定故障单体序号。当标定序号单体的故障次数累计到一定数量时，调用规则库对电池性能进行评定，同时将评定结果记录到该单体的历史档案中。4实验结果与分析本实验采纳的锂离子电池组模块为电动汽车用电池组模块，采纳磷酸铁锂电池组，单机模块系统由12节30Ah单体电池串联而成。电池组模块装配有电池管理数据采集模块，模块通过CAN总线将采集数据进行传输。通过CAN232接口转换，将数据由CAN数据帧转换成PC机能够识不的格式，通过RS232接口传递给上位机人机交互界面进行显示。系统连接如图3所示。图4为实际对一组电池组进行若干次充放电循环后采集到的数据。由于电池单体间的差异，7号单体端电压与其他单体的差距较大，差不多发生了二级压差故障和单体电压过低故障报警。5结论（1）分析了电池外部特性数据变化与电池故障之间的联系，并结合电池专家的经验知识，总结出针对电池常见故障的诊断规则。（2）搭建了电池组数据采集系统平台，包括底层硬件数据采集，数据通信，上位机人机交互界面程序的编写。新的数据采集程序与电池治理系统之间的通讯更安全、更可靠，且不受治理系统监测电池种类变换和电池数目变化的阻碍。（3）构建了电池故障模糊诊断专家系统。为查找用以表征电池故障与电池外部症状之间模糊关系构建了桥梁。同时随着不断的实验，还将不断完善专家诊断系统，为早期故障预警提供更为可靠保障。由于目前实验的次数相对较少，如电池组的动态特性及故障还无法得到验证，故障诊断系统也无法得到验证。随着实验的不断深入，电池故障信息也将慢慢积存，规则库和推理机也将不断得到更正。参考文献[1]郑杭波,齐国光.电池组故障诊断模糊专家系统的研究[J].高技术通讯,2004,06:70-74.[2]赵春明,乔旭彤,马宁,等.基于CAN总线的电动汽车分布式操纵系统的故障诊断研究.车辆与动力技术,2005,02:41-45.锂离子等新型动力蓄电池成组应用技术和设备研究最新进展核心提示：核心提示：在国家“863”电动汽车重大专项和市场前景的双重推动下，锂离子动力电池关键技术、关键材料和产品研究都取得了重大进展．其技术和经济性优势显著，推广应用的条件差不多日趋成熟：4、锂离子动力电池充电设备研究的最新进展锂离子动力电池充电设备研究的最新进展机械科学研究总院采纳“基于极端单体电池充电操纵技术”，以国家“863”纯电动汽车和北京奥运电动公交车项目的需要，研究成功的单机达到100KW公共充电机，和锂离子等新型动力电池安全充电综合治理系统（简称BSMS），是首个适应锂离子等新型动力电池特点的新一代充电系统。BSMS的系统结构见图4-1，要紧由充电系统和动力电池系统中的动力蓄电池治理系统（BMS）组成。BMS要紧功能是提供充电操纵的数据支撑和对充电设备进行远程智能化操纵。图4-1、动力蓄电池安全充电综合治理系统4.1动力蓄电池治理系统及监测系统当前，治理系统研制重点力大多集中在提高电压采样精度和SOC可能技术方面，忽略了动力蓄电池治理系统的重点是“治理”，实质上仅为监测装置。关于适用型治理系统，过高的采样精度只能增加成本，对提高系统安全治理并无实质作用。电压采样精度达到1%已足够了。蓄电池治理系统定位为BSMS系统的数据支撑、远程充电操纵和面向现场的动力蓄电池数据采集和质量评估（另文介绍）三个差不多功能。蓄电池治理系统的组成见图4-2。图4-2、动力蓄电池治理系统组成为提高系统可靠性和安全性，采取了以下关键技术措施：(1)、采纳单体电池电压采样和极限门限电压监测电路（即看门狗WDT）双重安全冗余技术措施，即使电压采样电路发生失效、失调，仍可确保电池单体监测信息的安全性，为充电操纵安全奠定了基础。(2)、充电操纵接口采纳标准CAN总线和充电操纵导引线双重安全冗余技术措施。有效增强了充电操纵的安全性和可靠性。(3)、无须人工干预，由动力蓄电池治理系统直接操纵充电机的初始化过程和充电过程，自动适应多达六种电池的个性化智能充电操纵，有效降低了因误操作引发的事故。(4)、充电机、充电机（站）监控系统都具有智能化安全操纵功能，使系统可不能发生人为参数调整的误操作。例如：电动车要求充电过程中充电电压不超过4.20V，充电电流不超过120A，不管采纳手动调整或监控系统远程调整，当调整数值超过上述值时，自动禁止调整，使系统不可能超过上述限定值。蓄电池治理系统显著特点是：⑴、采集卡由8～14个光电隔离电压采样通道（ADC）和电压看门狗（WDT）、一个1-Wire温度接口和CAN/WDT接口组成。由ADC和WDT组成高可靠性电池数据安全冗余采集部件，即是发生ADC失调、失效，仍可由WDT实现高可靠性安全充电操纵。⑵、由CAN2接口、充电操纵导引电路和操纵电源组成的高可靠性充电操纵接口，弥补了CAN接口响应速度受传输间隔限制的缺点，实现了真正的适时操纵。⑶、在ECU内嵌入了高精度电能（Wh）计量电路，并采纳基于电量（Wh）的SOC可能，更能反映动力蓄电池的性能。⑷、ECU内嵌入了大容量自动数据记录卡，并配置了先进的数据处理和动力电池质量评估工具软件。⑸、蓄电池治理系统设置了与计算机的通讯接口，采纳配套软件“动力蓄电池监测系统（BatteryMonitorandQualityevaluationsystem简称BMQES）”可实时监测动力蓄电池系统的工作状态和进行实时数据采集。BMQES的主界面见图4-3。4.2适用于锂离子等新型动力电池的新一代充电设备现有的充电装置，全是采纳基于端电压操纵方法不能适应锂离子等新型动力电池。机械科学研究总院采纳具有自主知识产权的“基于极端单体电池充电操纵技术”研制的新一代充电机（见图4-4），是适应锂离子动力电池的新一代充电设备。充电机采纳模块化总线分布式结构(见图4-5)。系统采纳500Kb/S高速CAN（DeviceNet）网络，由充电机专用大功率高频变流模块、变流模块操纵器、充电机操纵模块、多功能显示器、充电操纵接口、充电机（站）监控接口和输入输出继电爱护电路组成。通过充电操纵接口与蓄电池治理系统组成基于极端单体电池高性能智能化充电操纵系统。在蓄电池治理系统的支撑下，无须人工干预，即可高安全性完成锰酸锂、磷酸铁锂、镍氢、铅酸等多达六种电池组的个性化充电操纵。由CAN总线和充电操纵导引电路组成高可靠性安全冗余操纵接口，既保持了数字化充电操纵系统的优点，又克服了数字操纵系统的实时性受采样周期和数据传输间隔限制而适时性差的缺点，使充电操纵具有良好的实时性。充电机的特点是：⑴、采纳极端单体电池充电操纵技术，直接面向极端单体电池实施充电操纵，克服了基于端电压的传统操纵技术充电过程中必定发生部分单体电池充电电压超过同意值的问题，从操纵技术上杜绝了发生部分电池过充电的问题。图4-5、基于极端单体电池充电机系统结构简图(2)、蓄电池治理系统直接操纵充电机的初始化和充电过程，可有效防止发生误操作引发的事故。(3)、无须人工干预，可对锰酸锂、磷酸铁锂、镍氢、阀控密封铅酸等多达6种动力电池进行智能化充电，是首个建设电动汽车公共充电系统的能充电机。(4)、采纳效率超过90%的充电专用大功率高效开关电源模块，单模块公率达到100KW。(5)、可组成高性能充电监控网络。充电机（站）监控界面见图4-6。图4-6、充电机（站）监控系统界面(6)