收藏本站
《北京有色金属研究总院》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电动汽车用C-LiFePO_4动力电池制备与性能研究

李文成  
【摘要】:锂离子动力电池在电动汽车上具有广泛的应用前景,电池的寿命、热行为和安全是电动汽车用锂离子动力电池的关键性能指标。磷酸铁锂动力电池具有寿命长、热稳定性高、安全性好和成本低等优点,被认为是最有应用前景的电动汽车用锂离子动力电池种类之一。本文以制备长寿命、高安全性的电动汽车用磷酸铁锂动力电池为目标,首先研制了不同结构、容量的磷酸铁锂动力电池,并对其充放电性能、安全性能进行了测试,研究了电池结构对电池性能的影响;其次分析了电池的循环性能规律并通过电化学、XRD、SEM和EDS测试方法分析了电池的容量衰减机理;然后运用能量守恒原理仿真分析了电池的热行为,最后研究了充放电方式对电池组性能的影响。 采用磷酸铁锂为正极材料,石墨为负极材料研制了圆柱形卷绕结构的13Ah、100Ah和120Ah,方形卷绕结构的9Ah,方形叠层结构的300Ah五种类型的高比能车用锂离子动力电池,其中9Ah和120Ah电池分别实现批量和小批量生产。研究了电池的初始充放电性能和倍率放电性能。结果表明:在小电流放电情况下,电池的容量主要取决于正、负极材料的特性及其负极/正极材料的设计容量比,放电平台电压的变化与电池的结构有关,采用圆柱形结构的电池充放电平台电压差要小于方形结构的电池。随着放电倍率的增加,电池的放电容量、放电平台电压与电池结构及额定容量有关,在电池额定容量相当的情况下,方形结构的9Ah电池和圆柱形结构的13Ah电池的放电容量没有明显差异,13Ah电池的倍率放电性能优于9Ah电池;在相同电池结构、不同电池额定容量的情况下,大容量的120Ah电池的容量衰减速度、放电平台电压的下降幅度均高于13Ah电池,欧姆压降对大容量电池放电平台电压的影响更为明显。对电池的比能量、高低温性能、贮存性能和安全性能进行了测试,结果表明:电池的比能量在100-120Wh/kg之间;13Ah电池55℃高温和-20℃低温放电容量分别是室温放电容量的98.9%和47.9%,电池搁置一年后电池的荷电保持率为71%,其容量恢复率为92%;120Ah和13Ah电池在安全测试中电池未燃烧、未爆炸。采用磷酸铁锂为正极材料、石墨为负极材料的动力电池具有良好的综合性能。 研究了五种磷酸铁锂动力电池循环性能。结果表明:电池特性(容量、放电电压等)衰减服从相同的规律,可以分为二个阶段,第一阶段性能衰减缓慢,表现出负极钝化膜增长的特征,第二阶段性能衰减加速,表现出负极表面金属锂沉积的特征。将循环1785周的13Ah电池拆解,分析了正、负极片的容量、结构和组成分析,结果表明:循环后的正极容量保持85%,其容量衰减小于实际电池的容量衰减,循环后正极片还保持完整的橄榄石型结构,其表面形貌与未循环正极片相差不大;负极石墨容量的衰减快于正极LiFePO4容量的衰减,循环后期负极容量损失严重,极片表面的局部区域沉积了金属锂,表面形貌变化很大。第二阶段电池容量、电压的变化与负极有很大关系。 研究了电池不同放电电流下的温度变化规律,结果表明:随着放电电流的增加,表面温度变化速度加快,温度逐渐升高。在相同的放电时间里,电池表面温度的变化与放电电流呈抛物线关系,在整个放电过程中电池表面温度的变化与放电电流近似线性。对13Ah电池的热行为进行了分析,结果表明:13Ah电池0.3C、1C、2C和3C放电时总平均产热率分别为0.47W、2.04W.6.04W和11.85W,其中不可逆阻抗热的平均产热率为0.4W,2.0W,6.0W,11.8W。电池内部产热以不可逆阻抗热为主,电池反应的可逆热所占比例很小。小电流放电时,电池表面温度的下降与电池反应的可逆热有关。对300Ah、120Ah、13Ah和9Ah磷酸铁锂动力电池的温度进行仿真分析,结果表明:300Ah、120Ah、13Ah和9Ah电池的比热容分别为2.7JK-1g-1、1.8JK-1g-1、1.8JK-1g-1和1.5JK-1g-1,电池组成、电池壳体材质等对电池比热容有一定的影响。电池总热容、电池与外界的热交换系数对电池表面温度的变化趋势有较大影响。 最后研究了充放电方式对13Ah电池组(4只串联)性能的影响。结果表明:串联电池组采用单体电池充放电截止电压的倍数控制电池组的充放电电压的上限和下限,在充放电末期极易引起某只电池的过充或过放。充电时,低容量的电池最先达到截止电压。放电时,大容量的电池最先达到放电截止电压的几率较大。当电流足够大时,内阻大的电池有可能最先达到放电截止电压;将充放电电压范围缩小至11.6-14.2V,采用恒流充放电方式,电池组能够放出额定容量的85%,1C恒流充放电循环900周容量保持85%,电池没有出现过充和过放的现象;电池组循环900周,充电末期电池间的电压差基本没有变化,放电结束时电池间的电压差随循环次数的增加逐渐扩大,容量较小电池电压有增大的趋势,容量较大电池电压则逐渐减小;13Ah电池组短路和挤压试验中,电池组不燃烧、不爆炸,电池组具有良好的抗滥用性能。
【学位授予单位】:北京有色金属研究总院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM912

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵亚锋;冯广斌;张连武;;蓄电池一致性配组研究[J];兵工自动化;2006年10期
2 王震坡;孙逢春;林程;;不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析[J];北京理工大学学报;2006年07期
3 王震坡,孙逢春;电动汽车电池组连接方式研究[J];电池;2004年04期
4 陈守平,张军,方英民,梁毅;动力电池组特性分析与均衡管理[J];电池工业;2003年06期
5 李相哲,潘宏斌;蓄电池一致性探讨[J];电池工业;2005年05期
6 王震坡,孙逢春,张承宁;电动汽车动力蓄电池组不一致性统计分析[J];电源技术;2003年05期
7 胡杨;李艳;连芳;钟盛文;李培植;万新华;刘庆国;;锂离子蓄电池热稳定性的机理[J];电源技术;2006年10期
8 李于华;金头男;杨丽娟;肖卫强;;蔗糖的添加对磷酸亚铁锂形态与性能的影响[J];电源技术;2006年11期
9 金慧芬;王荣;高俊奎;;商业化锂离子电池的热稳定性研究[J];电源技术;2007年01期
10 刘兴江;肖成伟;余冰;董杰;汪继强;;混合动力车用锂离子蓄电池的研究进展[J];电源技术;2007年07期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王震坡,孙逢春;电动汽车电池组连接可靠性及不一致性研究[J];车辆与动力技术;2002年04期
2 赵亚锋;冯广斌;张连武;;蓄电池一致性配组研究[J];兵工自动化;2006年10期
3 王震坡;孙逢春;林程;;不一致性对动力电池组使用寿命影响的分析[J];北京理工大学学报;2006年07期
4 俞会根;施绍有;;电动汽车电池相关问题探讨[J];北京汽车;2010年06期
5 刘晓俊;李丹林;姜昕;朱立宾;刘晓康;;浅谈锂离子动力电池与电动汽车的发展[J];变频器世界;2012年06期
6 孙文鹏;陈实;杨凯;;混合电动车用MH/Ni电池组热效应仿真及应用研究[J];北京工商大学学报(自然科学版);2007年05期
7 王洪玲;贺红梅;杜丽;张燕茹;马淑兰;杨晓晶;;不同Li/Mn摩尔比尖晶石型锰酸锂中锂离子的酸处理抽出[J];北京师范大学学报(自然科学版);2010年01期
8 沈金荣;李书旗;;电动车用VRLA蓄电池组均衡电路设计与实验研究[J];蓄电池;2008年02期
9 李华吉;胡彩娟;常照荣;邓旭程;;电动自行车用VRLA电池生产过程控制[J];蓄电池;2008年04期
10 桂长清;柳瑞华;;目前动力电池的市场格局[J];蓄电池;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马军;李爱魁;杜涛;刘飞;;电动汽车动力电池配组工艺研究进展[A];第十四届中国科协年会第19分会场:电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年
2 金朝庆;谢凯;洪晓斌;;Li-Nafion的分子模拟——论证Li-Nafion在锂离子电池中应用的可能性[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
3 陆志刚;刘怡;雷金勇;陈满;陈磊;李达;;电池储能在电力系统应用和技术经济分析[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年
4 张万红;岳敏;王涛;;锂离子电池氧化锌包覆高电位正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
5 肖志平;王英;唐仁衡;肖方明;;锂离子电池新型负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究现状与进展[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
6 沈湘黔;占云;韩翀;;橄榄石型结构LiFePO_4锂电池正极材料实用化的障碍和途径[A];2005年功能材料学术年会论文集[C];2005年
7 梁亮;王玮;吴惠康;房晶瑞;鲍玉胜;;聚合物电解质的研究与进展[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(4)[C];2007年
8 陈月明;李浩;麻小挺;朱宝库;张诚;;锂离子电池用PVDF/硅油共混隔膜制备及性能[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
9 贾国凤;李法强;彭正军;杨雷雷;李世友;;锂二次电池电解质锂盐LiODFB的热分解研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
10 李新禄;王皓;宋宏芳;杜坤;刘佳;柳红东;张育新;黄佳木;;固相法制备尖晶石型Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗丹;锂离子电池用凝胶聚合物电解质的设计、制备及表征[D];浙江大学;2010年
2 相佳媛;锂离子电池相变型负极材料铜、镍系化合物的设计制备及改性研究[D];浙江大学;2011年
3 靳尉仁;锂离子动力电池性能及其仿真研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
4 李正明;混合动力电动代步车关键技术的研究[D];江苏大学;2011年
5 蒋庆来;浆料喷雾干燥法制备球形锰酸锂正极材料及其改性研究[D];中南大学;2011年
6 高宏权;锂离子电池用高倍率Li_4Ti_5O_(12)负极材料的合成与改性[D];中南大学;2010年
7 杨娟;超级电容电池用炭类负极材料制备及性能研究[D];中南大学;2010年
8 陈玲;硼酸盐和磷酸盐系锂离子电池正极材料的合成与性能研究[D];华南理工大学;2011年
9 刘艳;Co_3O_4基负极材料的制备、表征及性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 崔妍;金属氧化物与碳共包覆LiFePO_4正极材料高倍率电化学性能研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林俊;串联动力蓄电池均衡充电技术的研究[D];浙江理工大学;2010年
2 黎继刚;锂离子动力电池管理系统的研究与实现[D];浙江理工大学;2010年
3 李艳;锌镍电池电极材料氧化锌纳米化与表面包覆及其电化学性能[D];浙江理工大学;2010年
4 朱伟;熔盐法制备LiFePO_4锂离子电池正极材料的研究[D];长沙理工大学;2010年
5 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
6 王雁生;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备及其改性研究[D];湘潭大学;2010年
7 步明升;α-FeOOH与α-LiFeO_2的水热合成研究[D];中国海洋大学;2010年
8 胡雯心;ZigBee技术在UPS电池监视管理系统的应用[D];苏州大学;2010年
9 代冬梅;前躯体的处理对锂离子电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电性能的影响[D];河南师范大学;2010年
10 杨双磊;锂离子电池电极材料的制备及其电化学性能研究[D];湖南工业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王震坡,孙逢春;电动汽车电池组连接方式研究[J];电池;2004年04期
2 杨娟玉;卢世刚;刘莎;庞静;;混合电动汽车用锂离子电池的研究[J];电池;2007年02期
3 宋清山,吴长征;组合形式对Cd-Ni蓄电池组寿命的影响[J];电池工业;2003年03期
4 郭自强;蓄电池电驱动系统的匹配和优化[J];电池工业;2003年05期
5 李相哲;影响电动自行车用MH-Ni电池组寿命的因素[J];电池工业;2004年05期
6 施志聪,李晨,杨勇;LiFePO_4新型正极材料电化学性能的研究[J];电化学;2003年01期
7 王峣;电动车电池一致性配组技术[J];电器工业;2002年06期
8 多智华,李革臣,张宏,闫汉泽;自动曲线识别的电池分类系统[J];电源技术;2000年02期
9 唐有根,卢周广;现代计算机辅助技术在MH-Ni电池研究中的应用[J];电源技术;2002年05期
10 曲晓虹,王毅,赵巍,周立新;阀控铅酸蓄电池质量均匀性的研究[J];电源技术;2002年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 满威;锂离子电池自动检测分选系统的开发设计[D];哈尔滨理工大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李国洪,田静,刘鲁源;混合动力电动汽车电池在线监控系统的设计及应用[J];汽车工程;2005年02期
2 裴锋,黄向东,罗玉涛,赵克刚;电动汽车动力电池变流放电特性与荷电状态实时估计[J];中国电机工程学报;2005年09期
3 ;关于举办2006中国动力电池高峰学术交流会”的通知[J];中国自行车;2006年06期
4 ;“动力锂电池系统”基础标准制定工作启动[J];电气技术;2008年10期
5 杨凯;刘兴江;;磷酸铁锂材料在动力锂离子电池中的应用[J];电源技术;2009年10期
6 卢星河;郑立娟;崔旭轩;;动力型锂离子电池的研究进展[J];化工新型材料;2010年03期
7 曹林;王静;王宝友;孙传灏;;动力电池产业技术及其标准化[J];信息技术与标准化;2011年Z1期
8 路宗利;石治国;唐德庆;张辉;赵磊;郭昊;;动力锂离子电池研制[J];电源技术;2011年06期
9 杜晓华,姜长印;动力电池用铝代氢氧化镍结构及电化学性能[J];电源技术;2002年02期
10 凤庭月;国内锂动力电池的发展以及在电动车领域的应用 中国科学院物理研究所黄学杰研究员演讲(摘要)[J];中国自行车;2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高飞;李建玲;赵淑红;王子冬;王新东;;锂动力电池性能衰退规律研究进展[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(下册)[C];2010年
2 朱梅;徐献芝;;对电动车用动力电池发展的一点思考[A];安徽新能源技术创新与产业发展博士科技论坛论文集[C];2010年
3 杨裕生;;电动技术产业与动力电池[A];第七届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2010年
4 胡信国;;动力电池进展[A];2006中国动力电池高层论坛论文集[C];2006年
5 王倩;唐致远;陈玉红;于非;;锂离子动力电池的产业化现状[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年
6 徐舟;唐有根;唐广笛;;锌-空气动力电池在纯电动汽车上的应用前景[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
7 周时国;闫永恒;段秋生;于涛;张建海;郭靖洪;;混合电动轿车用MH-Ni动力电池的研制[A];电动车及新型电池学术交流会论文集[C];2003年
8 杜涛;李爱魁;马军;刘飞;;动力电池SOC预估方法研究进展[A];第十四届中国科协年会第19分会场:电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年
9 张熙贵;李佳;谢晓华;张建;夏保佳;;提高锂离子电池储存性能的新方法[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
10 ;2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会(湖南·长沙 2005年5月12-16日)[A];2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 姚雯;环型动力电池可让汽车跑500公里[N];科技日报;2009年
2 申银万国海外部;天能动力 领跑动力电池市场[N];证券时报;2009年
3 ;中炬高新(600872)镍氢动力电池产业化明确[N];中国证券报;2009年
4 风痕;全球首款环型动力电池在京亮相[N];大众科技报;2009年
5 郝莉平 张哲浩;磷酸铁锂动力电池通过鉴定[N];科技日报;2006年
6 本报记者 陈建军;“意外”收获动力电池 广州国光搭上新能源快车[N];上海证券报;2009年
7 张海燕;工信部将制订动力电池发展思路[N];中国质量报;2010年
8 本报记者 欧阳波;南都电源巨资投向新型动力电池[N];中国证券报;2010年
9 刘碧玛;锂离子动力电池:产业化路在何方?[N];科技日报;2005年
10 林晓宇;2006中国动力电池论坛会举行[N];科技日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李文成;电动汽车用C-LiFePO_4动力电池制备与性能研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
2 郭永兴;锂离子动力电池制造关键技术基础及其安全性研究[D];中南大学;2010年
3 张娜;动力锂离子电池正极材料锰酸锂的开发及应用研究[D];天津大学;2005年
4 单忠强;储氢合金负极表面改性及大容量镍氢电池性能研究[D];天津大学;2007年
5 张博;可外接充电混合动力汽车能量管理策略研究[D];吉林大学;2009年
6 张金龙;动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究[D];天津大学;2012年
7 胡国珍;充放储一体化电站功率变换系统稳定分析与控制[D];华中科技大学;2012年
8 王保华;混合动力城市客车控制策略与试验研究[D];上海交通大学;2008年
9 石庆升;纯电动汽车能量管理关键技术问题的研究[D];山东大学;2009年
10 吴剑;并联式混合动力汽车能量管理策略优化研究[D];山东大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何小颤;混合动力汽车动力电池组的热管理系统研究[D];华南理工大学;2012年
2 吴旋;混合动力汽车动力电池整车匹配技术研究[D];重庆理工大学;2012年
3 戴贤青;电动车动力电池仿真系统的研究与设计[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 王鸿雁;电动汽车用动力电池包充放电特性研究[D];华北电力大学;2012年
5 刘新蕊;电动汽车动力电池组管理系统研究[D];大连理工大学;2010年
6 王雪非;基于工况仿真的锂动力电池寿命研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
7 姜坤;基于骊山LS6600C1中型客车的纯电动试验车改制及试验方法研究[D];长安大学;2010年
8 赵卫波;电动汽车锂动力电池均衡充电的研究[D];郑州大学;2012年
9 赵孟娜;电动汽车用动力电池SOC预测技术研究[D];重庆理工大学;2012年
10 黄志强;基于CAN的HEV动力电池网络管理控制技术研究[D];华南理工大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026