【正文】 組織制定發(fā)展電動汽車有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我國在推廣和普及電動汽車過程中，應(yīng)采取有效措施，盡快制定發(fā)展電動汽車的長遠(yuǎn)規(guī)劃與近期發(fā)展計劃，確定引進(jìn)技術(shù)與攻關(guān)河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 32 技術(shù)，合理利用有限的人力和物力，避免重復(fù)引進(jìn)與低水平的重復(fù)研究。 近年來，國外提出了許多將自適應(yīng)控制、模糊控制等技術(shù)應(yīng)用在電動汽車調(diào)速控制系統(tǒng)中的方案，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等技術(shù)將用在調(diào)速控制器中。前面所提到的福特 P2022SUV 越野概念車即為全鋁車身。在福特汽車公司的電動汽車實驗室中 ， 也正在試驗性能完美的電動汽車能量管 理系統(tǒng) ； (4) 研究新型車身材料，大幅度降低車身重量。目前 ，電動汽車儲能動力源研究與開發(fā)的發(fā)展趨勢主要有四個方面 ： (1) 進(jìn)一步研究比能量大、比功率大、使用壽命長、成本低、使用完全可靠的商品化高能電池； (2) 在電動汽車上用多種電池作為動力源 ， 互相取長補短 ， 如日本三洋電氣公司正在研制將燃料電池 、 太陽能電池和鎳鎘電池結(jié)合在一起的 “MiraiI”混合能源電動汽車； (3) 開發(fā)節(jié)能高效的電池能量管理系統(tǒng)。在中國對低排放汽車的快速需求的增長會刺激對人們對電動汽車和混合動力車的潛在的巨大需求，以及會對應(yīng)用在汽車中的鋰離子蓄電池和附件的成本降低起到一定的作用。外部的因素也有可能在相對短時間內(nèi)導(dǎo)致該數(shù)字的快速上漲。 由于鋰離子的功率和能量特性能它取代現(xiàn)有的鉛酸和鎳金屬混合蓄電池已成為必然趨勢。具有競爭性河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 31 的發(fā)展過程將會加速該項技術(shù)的商業(yè)化，因為優(yōu)質(zhì)的蓄電池會開發(fā)并投入生產(chǎn)。 持續(xù)發(fā)展的蓄電池技術(shù)構(gòu)成了未來鋰離子蓄電池成功的重要組成 部分。新型粘結(jié)劑的研發(fā) ， 將大大推進(jìn)新型正、負(fù)極材料的研究。 電解質(zhì)研究方面， 順應(yīng)高壓正極材料的發(fā)展需求 ， 高壓 電解液將是熱點研究內(nèi)容之一， 而耐高溫電解液是另一個主要的發(fā)展方向。研究導(dǎo)熱系數(shù)低的碳材料 是解決磷酸鐵鋰 電池安全性的關(guān)鍵。鋰離子電池的安全性同樣是關(guān)注的熱點。納米技術(shù)在鋰電池方面的應(yīng)用也是本次會議的熱點 ， 有近 70 篇論文內(nèi)容與納米技術(shù)有關(guān)。從 SCI 收錄的論文檢索結(jié)果分析中可以看出 ， 近 3 年來收錄鋰電池 論文數(shù)量前 5 位的國家為中國、美國、 日本、韓國和法國 ， 這 5 個國家收錄的鋰電池論文數(shù)量占全世界 SCI 收錄鋰電池論文數(shù)量的80%左右 。如此重要的國際會議再次在我國召開 ， 說明我國在鋰電池的研發(fā)和生產(chǎn)方面已經(jīng)走在世界前列 ， 得到了國際同行的認(rèn)可。最后通過交流阻抗圖譜的分析 ， 得出在高倍率循環(huán)下 ， 由電流引起的溫度和內(nèi)壓對負(fù)極結(jié)構(gòu)的沖擊破壞 SEI 膜 ， 引發(fā)石墨層和電解液的成膜反應(yīng)而導(dǎo)致SEI 膜變厚 ， 膜阻抗增大 ， 因此 ， 鋰離子在負(fù)極的脫嵌阻力增大 ， 宏觀表現(xiàn)為整個電池容量的衰減。并進(jìn)一步分析了對電池容量產(chǎn)生重要影響的三個因素之間的定量關(guān)系 ， 包括循環(huán)中電極活性物質(zhì)的 損失 ， 不同容量放電的差別和溶液及其它因素的損失 。因此隨著循環(huán)的進(jìn)行 ， SEI 膜將變得越來越厚 ， 膜阻抗也越來越大 ， 這樣導(dǎo)致鋰離子在負(fù)極的脫嵌變得更困難 ， 而進(jìn)一步引起電池容量的衰減。高溫下電解液揮發(fā)和反應(yīng)積累的氣體產(chǎn)物必然會使電池在循環(huán)過程中內(nèi)壓增加 ， 從而破壞電極表面膜。由歐姆定律可知 ， 產(chǎn)生的熱量 W=I2Rt， 所有電池在高倍率放電循環(huán)下 ， 內(nèi)部溫度很高 ， 單位時間積聚更多的熱量 ， 相應(yīng)的是內(nèi)部壓力更高。 高倍率放電循環(huán)后表面膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移的界面阻抗的增加導(dǎo)致了 Carbon/Li半電池的容量快速衰減 ， 也進(jìn)一步加劇了整個電池的容量衰減 。 交流阻抗研究 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 28 圖 45 是各種倍率循環(huán) 200 次之后的電池及新電池在 100%DOD狀態(tài)下的交流阻抗圖譜 ， 與直流電阻相比 ， 交流阻抗受放電狀態(tài)強烈影響 ， 完全充電態(tài)下的交流阻抗總要低于完全放電態(tài)。從整體容量損失的各個組成部分來看 ， 因循環(huán)過程對電極脫嵌 Li+性能造成的容量損失在整體容量損失中占統(tǒng)治地位 ， 且影響程度隨放電倍率增加而增加。 表 41 中顯示的在 1C 條件下 ， LiMn2O4/Li 體系容量損失 %， Carbon/Li容量損失 %， 說明在低倍率循環(huán)條件下 ， 因為氧化過程引起的正極界面阻抗的急速增長是導(dǎo)致了整個電池的容量衰減的主要原因。為了方便 ， 我們把因 Li+在電極上的脫嵌能河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 27 力下降所造成的容量損失稱之為 L1， 這從半電池中可以直接表現(xiàn)出來 ； 半電池的充放電電流是 200μA， 放電倍率為 ， 而 20Ah 電池的放電電流是 4A， 放電倍率是 ， 必然存在一定的差值 ， 我們稱之為 L2(L2=)； 此外 ， 我們把因溶液中 Li+和其他原因損失的容量稱之為 L3， 通過方程式計算出來。理想狀況下 ， 電池在首次化成的時候因為在電極表面形成鈍化膜而損失部分 Li+， 之后 Li+自由穿梭于正負(fù)極之間而無容量損失 ， 可實際情況并非如此 ， 由于不可避免的存在寄生反應(yīng) ， 如繼續(xù)生成表面膜的反應(yīng) ， 相應(yīng)的表面膜的物理化學(xué)性質(zhì)會隨著循環(huán)的進(jìn)行而改變。將組裝好的半電池在 200μA 電流下恒流放電 ， 電流值的確定是根據(jù)活性物質(zhì)的質(zhì)量與材料的比容量確定的 ， 放電倍率為 。測試半電池在 200μA 電流下恒流放電 ， LiMn2O4/Li 半電池的放電范圍是 V～ ， Carbon/Li 半電池的放電范圍是 V～ V。這也進(jìn)一步驗證了電池內(nèi)阻是隨著放電深度的增加而增加， 且高倍率循環(huán)對電池內(nèi)阻增長幅度影響更大。 圖 44 顯示了電池內(nèi)阻和放電深度的關(guān)系 ， 電池內(nèi)阻的測量計算見試驗部分， Rdc=(放電電壓 開路電壓 (中斷后 ))/放電電流 ， 放電電流 4A。顯然 ， 增加電池內(nèi)阻會縮短電池 達(dá)到截止電壓的放電時間 ， 導(dǎo)致放電容量下降。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 25 圖 43 為電池在不同倍率下循環(huán) 200 周后 的放電曲線 ， 圖中可以看出經(jīng)過倍率放電 200 周循環(huán)后的電池放電平臺電壓明顯要低于新電池 ， 且經(jīng)過越高倍率循環(huán)后的電池 ， 放電平臺越短。 200周循環(huán)之后 ， 相應(yīng)的容量衰減則達(dá)到 %， %和 %， 容量衰減率相差較大。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 24 圖 42 則比較了不同倍率放電循環(huán)后 ， 電池容量的衰減情況 ， 為了忽略放電倍率對電池放電容量的影響 ， 電池在每經(jīng) 過 50 次循環(huán)之后 ， 進(jìn)行活化 ， 然后統(tǒng)一按照 (4A)恒流放電 ， 截止電壓 。實驗中最大循環(huán)次數(shù)為 200。在研究不同倍率對電池性能的影響時 ， 分別對電池按照 1C(20 A)、 2C(40 A)、 3C(60 A)進(jìn)行恒流放電 ， 截止電壓 。 直流電阻測試 電池直流電阻的測定采用電流中斷法 ， 即在電池放電過程中 ， 中斷放電電流5s， 分別記錄中斷前的放電電壓和中斷 5s 后的開路電壓 ， 直流電阻的計算公式如下 Rdc=(放電電壓 —開路電壓 (中斷后 ))/放電電流。 以 LiMn2O4 為正極材料，石墨材料為負(fù)極設(shè)計出的鋰離子電池 為實驗電池 ，標(biāo)稱容量為 20Ah。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 23 第 4 章 鋰離子動力電池高倍率放電容量衰減 鋰離子動力電池在使用過程中 ， 由于始終處于大電流的充放電狀態(tài) ， 容量存在明顯的衰減 ， 極大的影響了電池的壽命 ， 因此動力電池的容量衰減是電池生產(chǎn)和制造過程中必需考慮的問題之一。在成組使用鋰離子電池時 ， 應(yīng)當(dāng)充分考慮由于單體電池的不一致性而產(chǎn)生的電池組總?cè)萘肯陆岛?SOC 偏低等問題 ； 在電池組的 SOC 估測中 ， 應(yīng)采用電池組的參數(shù)和單體電池的參數(shù)相結(jié)合的方式 ， 在放電初期 和平臺區(qū) ， 側(cè)重于由電池組的參數(shù)估測的SOC 值 ， 而在放電接近末期階段 ， 則側(cè)重于由單體電池的參數(shù)估測的 SOC 值 ， 當(dāng)電池組中有 1 只單體電池的 SOC 為 0 時 ， 即認(rèn)為電池組的 SOC 為 0。此時 ， 若按電池組的參數(shù)估測 SOC， 電池組還能繼續(xù)放電 ， 而實際上該電池組已經(jīng)不允許再放電了。接近放電末期 ， 尤其當(dāng)電池組的 SOC 小于 20%時 ，單體電池的端電壓開始發(fā)散 ， 一致性變壞 ； 當(dāng) SOC 降到 10%以下時 ， 這種發(fā)散程度更為嚴(yán)重。 表 32 是在常溫下 放電實驗中 ， 電池組 B 中單體電池的端電壓隨電池組SOC 的變化數(shù)據(jù)。這說明在電池成組之后 ， 由于單體電 池的不一致性 ，電池組的放電性能受到了影響 ， 尤其表現(xiàn)在放電初期和末期。 表 31 是在常溫下單體電池和電池組 放電的電壓下降速率與 SOC 的關(guān)系 。這一階段持續(xù)的時間與電壓值、環(huán)境溫度、放電倍率、電池的質(zhì)量和壽命等有關(guān) ； 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 21 ③ 放電末期 ， 曲線有呈直線下降的趨勢。 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 20 放電性能 采用 和 恒流放電 ， 當(dāng)單體電池的 最低端電壓低于 時 ， 停止放電。 充電曲線如圖 32 所示：單體電池和電池組的電壓在充電初期均有較大上升 ，之后趨向平緩。 電池組 A 和 B 的組合方式如圖 31 所示： 充電性能 恒流充電的電流為 ， 并控制串聯(lián)電池組中單體電池的最高端電壓為 V， 即當(dāng)電池組中單體電池的最高端電壓達(dá)到恒壓點 ( V)時 ， 轉(zhuǎn)入恒壓充電階段。 現(xiàn)以 IMR42120 鋰離子電池（ 10Ah)作為實驗對象，對鋰離子電池組合前后進(jìn)行了常溫 充放電、常溫 放電、 － 20℃ 下 放電以及 55℃ 下 A 放電等實驗測試對單體電池和電池組進(jìn)行實驗 ， 以找到兩者特性的相似點和差異性。鋰離子電池的特性 ， 一般是指鋰離子單體電池的特性， 如不同電流下的充放電特性、不同溫度下 的充放電特性等。 雖然鋰離子電池的安全性問題比較突出 ， 但相對于鉛酸電池多年完善的歷史 ， 鋰離子電池在短短的 10 多年里已取得很大的成功 。因此 ， 應(yīng)根據(jù)實際使用條件進(jìn)行相關(guān)的研究與設(shè)計 。 作為民用通訊類產(chǎn)品的鋰離子電池 ， 由于使用環(huán)境相對較好 ， 單體電池容量河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 18 低 ， 環(huán)境對電池安全性的影響并不突出 。 高溫條件下若電池的放熱速度大于散熱速度 ， 將引起電解液的陽極氧化以及電解液、陽極活性物質(zhì)、陰極活性物質(zhì)、粘結(jié)劑的熱力學(xué)分解等問題 ； 低溫條件下 ， 由于鋰離子的沉積速度有可能大于嵌入速度 ， 從而導(dǎo)致金屬鋰沉積在電極表面 ， 當(dāng)回復(fù)到常溫下使用時 ，故障就難免發(fā)生 。 使用條件對鋰離子電池安全性的影響 實驗表明 ： 鋰離子電池在高溫下的容量衰減較常溫下快 。所以一切對電池內(nèi)阻降低的因素都有利于提高電池的功率性能。 大型動力電池的散熱和高功率輸入 輸 出要求使電芯結(jié)構(gòu)從 圓柱 卷繞式走向 方型 疊片式。 還應(yīng)指出 ， 由于電池的電解液多為腐蝕性較強液體 ， 如果密封材料選擇不當(dāng) ，將會引起電解液泄漏 。 電芯壓制時 ， 壓力過小活性物質(zhì)可能剝落 ， 過大則隔膜可能出現(xiàn)微裂紋 。 電芯的正負(fù)極容量的配比是關(guān)系到鋰離子電池安全性的重要環(huán)節(jié) 。 例如 ： 負(fù)極膜較厚 ， 不均一 ， 因充電過程各處極化大小不同 ， 就有可能發(fā)生金屬鋰在負(fù)極表面局部沉積的情況。這樣涂布了無機微粒子的耐熱層在內(nèi)的該隔膜厚度與現(xiàn)有的 普通隔膜達(dá)到了同一水平。通過控制內(nèi)部電阻值上升，從而抑制了其輸出功率和容量的減少。與普通的隔膜相比，即使在 +180℃下，該隔膜的熱收縮現(xiàn)象也很小，仍然可以保持其形狀， 并且通過預(yù)防內(nèi)部短路進(jìn)一步提高了安全性能。一般情況隔膜是采用聚烯烴制成的多孔膜。 人們 希望隔膜的熱閉合溫度和熔融溫度差值 盡可能地大 ， 但實際上 ， 同一種材料的熱閉合溫度和熔融溫度不可能相差太大 ， 改進(jìn)方法是使用復(fù)合膜 ， 如 ：PP/PE/PP， 利用低熔點的 PE(125℃ )在溫度較低的條件下起到閉孔作用 ， 而PP(155℃ )又能保持隔膜的形狀和機械強度 ， 防止正負(fù)極接觸 ， 保證電池的安全性 。 孔徑小于 10 nm 的隔膜能阻止正負(fù)極的小顆粒運動 ， 從而提高鋰離子電 池的安全性 ； 隔膜的絕緣電壓與其防止電池正負(fù)極的相互接觸有著直接關(guān)系 。 隔膜的孔率、孔徑大小及其分布將影響到電池的內(nèi)阻、鋰離子在電極表面的嵌入 ， 脫出以及遷移的均勻性 。尖晶石 LiMn2O4 鋰離子電池高溫性能不佳的原因在于尖晶石的結(jié)構(gòu)特點河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 /論文 16 以及來源于電解液的小分子 HF 及 H2O 對其的侵蝕。 Doron Aurbach 發(fā)現(xiàn)，常規(guī)電解液中加入有機硅化合物，能夠明顯改善電池的高溫性能，而沒有加入此種添加劑的常規(guī)電解液的高溫性能就非常差。含有 LiF 的 SEI 膜會嚴(yán)重阻礙 Li 離子的遷移，富集程度越高，影響程度越大。 （ 2） 電解液的高溫性能 在高溫條件下， PF6陰離子與溶劑、正極材料之間存在著明顯的氧化 還原反應(yīng)。不同溶劑的分解電壓不同 ，