锂离子电池单离子导体聚合物电解质研究进展

锂离子电池在3C电子产品和动力汽车电池行业广泛应用,在航天电源领域也展现出一定的前景。单离子导体是基本仅由参与电化学反应的锂离子迁移的电解质体系,解决传统锂离子电池液态电解质存在的副反应和阴离子的浓差极化等问题,改善电池的库伦效率和循环寿命。研究者们发展了多种类型的单离子导体电解质。本文总结了近5年来不同阴离子类型的单离子导体聚合物电解质合成策略以及分子动力学模拟计算的最新进展。     

锂离子电池新型三维纳米结构负极研究进展

高性能锂离子电池在微/小型侦察机和空间飞行器等应用中有重要意义。构建三维纳米结构负极,是提高锂离子电池性能的有效方法。综述了国内外锂离子电池新型三维纳米结构负极材料的发展,将其分为3种类型,分别是三维纳米多孔结构、三维纳米阵列结构和三维纳米网络结构。涉及的材料包括碳类材料、合金类材料与过渡金属氧化物材料。相对于传统二维平面负极,三维纳米结构电极可以减小离子迁移距离、增加电极/电解液界面面积、缓冲活性材料充放电体积变化,从而可以提高材料的储能容量,提高电极的循环稳定性,改善电极的倍率性能。     

全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望

全固态薄膜锂电池利用固态电解质替代传统电解液,采用多层薄膜堆垛的平面结构,属于新一代的锂离子电池,在军民两用的可穿戴设备、便携式移动电源、汽车和航空动力电池等领域应用前景广阔。该类电池因高安全性、长循环寿命、高比容量和高能量密度等优势性能受到业界广泛关注。本文概述薄膜锂电池的分类和充放电原理,总结正负极、电解质薄膜材料的发展历程和薄膜制备手段的改进,对比各类电池材料的电化学性能,引入该方向最新的研究进展:三维薄膜锂电池,可变形的柔性电池,高电压、大容量电池组。汇总国外商用电池产品、关键优势技术、电池制备设备,提出薄膜锂电池亟待解决的科学问题和国内潜在的产业化方向。     

锂离子电池失效率模型的探讨

以工作电流和工作温度(壳温)为主要考虑因素,建立了锂离子电池基本失效率模型和工作失效率模型.以试验数据为基础,参照国军标GJB/Z299,提出了失效率相关的调整系数(π系数)及其取值方案.采用失效率模型,通过数值计算得到基本失效率预计值,将预计值与试验值进行了比较.最终计算结果表明,得到的失效率模型可以应用于工程实践,锂离子电池效率模型的建立,为其可靠性预计提供了基础.      

基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率分析方法

常用实验手段测得单节锂离子电池热释放速率无法真实反映航空运输包装件内大量锂离子电池因发生多米诺效应导致热量散失及传递过程间歇性变化。本文提出一种基于多米诺效应的锂离子电池热释放速率等效分析方法,即通过自主设计的实验平台对3×3排布的典型18650型锂离子电池热失控后发生的多米诺效应及各节电池表面温度进行分析。利用FLUENT使用标准18650型锂离子电池热释放速率曲线用于同等实验条件下的锂离子电池热失控传播仿真模拟,采用二分法逐次修正标准热释放速率、使仿真和实验的锂离子电池表面温度相符。将获得等效的锂离子电池热释放速率曲线再次应用于仿真,得到各电池的最高温度及达到最高温度的时间和实验数据相吻合,验证了修正后的等效热释放速率模型可靠性。该方法可适用于各型号及不同数量包装件内锂离子电池热释放速率获取,指导航空运输锂离子电池火灾防控工程实际。     

航空蓄电池能量均衡技术研究

航空电池组中单体电池之间会逐渐出现不一致性,会降低电池组性能和使用寿命,甚至引发安全事故。本文提出了一种基于主动均衡的航空蓄电池组能量均衡系统结构,提出了一种能量集中式双向传递的Cúk型均衡电路,设计了顶部均衡和底部均衡的均衡控制策略。开发了航空镍镉蓄电池能量均衡系统,进行了镍镉电池组能量均衡实验分析,实验结果表明新型能量均衡器具有均衡速度快、均衡电池单体可任意选择、能量双向传递的优点,通过电池组能量均衡控制能明显改善电池组内单体之间的不一致性,提高电池组容量利用率和使用寿命。     

基于贝叶斯LS-SVR的锂电池剩余寿命概率性预测

提出了一种基于贝叶斯最小二乘支持向量回归(LS-SVR)的锂电池剩余寿命在线概率性预测方法.首先,通过滚动窗方法选取锂电池历史健康退化数据,并根据相空间重构原理建立训练样本,其中最小嵌入维数使用Cao氏方法计算获得.然后,运用贝叶斯3层推理训练LS-SVR预测模型,在迭代预测阶段,采用蒙特卡罗方法来表示和管理多步预测中的不确定性及其传递,即用一群离散粒子来近似连续分布,结合“退化轨迹不相交”原则和高斯过程假设,预测出锂电池健康状态未来时刻的发展趋势.最后结合给定的失效阈值,通过统计穿越阈值的粒子数目得到剩余寿命的概率分布.使用美国国家航空航天局阿姆斯研究中心公开的电池数据集与高斯过程回归(GPR)方法进行对比实验,多项预测性能指标结果表明贝叶斯LS-SVR方法具有更高的预测准确度和置信度.     

航天器用氢镍蓄电池钝化技术研究

为了减缓蓄电池组爆炸产生的空间碎片,文章对常在航天器上应用的氢镍蓄电池的钝化技术进行了研究。首先分析了氢镍蓄电池的爆炸机理,然后针对氢镍蓄电池组提出了安全性设计方法;进行了过充电、过放电等蓄电池爆炸试验;研制了一台氢镍蓄电池钝化装置,进行了蓄电池钝化消能试验。     

20世纪上海航天器电源技术的进展

较为系统地介绍了作为航天器电源的锌银电池组和硅太阳电池阵／镉镍蓄电池组联合供电系统的组成、主要性能参数及其技术特点。阐述了近半个世纪以来，上海航天技术研究院在航天器电源研制技术方面所取得的成就及其在国内卫星、飞船和国外卫星领域的应用情况。指出了航天器电源技术今后的发展方向。     

小型SAR卫星用双高特性锂离子电池技术

小型合成孔径雷达(SAR)卫星对储能电池系统提出了轻量化、大功率的要求,现有的SAR卫星用电池难以满足需求,急需开发高能量高功率的锂离子电池。采用兼具容量和功率性能的镍钴铝酸锂(LiNixCoyMnzO2, NCA)作为正极活性材料,高容量中间相炭微球(MCMB)作为负极活性材料,显著提升了电池体系的容量和比能量。通过设计极片的活性物质载量和电解液用量,保证了电池功率性能(≥10 C)的发挥;通过加大电极片面积和极柱尺寸,控制了大倍率放电时电池温升。研制了兼顾高比能和高功率的锂离子电池单体,额定容量20 Ah,1 C放电比能量达到180 Wh.kg^-1,且10 C放电容量相较1 C保持率96.24%,15 C下持续放电比功率超过2 000 W.kg^-1,可以满足下一代轻小型SAR卫星能源供电需求。