本文選題：電動汽車 + 鋰離子電池��； 參考：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：目前,鋰離子電池是電動汽車用最為廣泛和可靠的動力源。伴隨著電動汽車的發(fā)展,鋰離子電池的安全性、能量密度、壽命和可靠性等使用性能不斷得到提升,但與內(nèi)燃機相比,仍有很大的差距。電池的一致性問題是直接或間接影響的重要因素。而且,電池包中電池單體越多,一致性的影響越突出。因此,提高電池的一致性是改善電池使用性能、促進電動汽車普及的關(guān)鍵技術(shù)之一。對鋰離子電池而言,在空間維度上,其制備是個多工序集合、多因素控制的過程,存在著關(guān)鍵控制因素,關(guān)鍵控制參數(shù)閾值很難辨識和確定的困難;在時間維度上,其在整個使用生命周期內(nèi)的一致性呈現(xiàn)動態(tài)變化的特征。這兩個維度上的疊加,導(dǎo)致電池的一致性問題是個多因素耦合的復(fù)雜的學(xué)術(shù)化和工程化交疊的課題。本論文中,我們按照認(rèn)識問題、分析問題、臨時解決問題方法和根本解決方法的步驟對該課題進行研究。主要研究和成果如下:1.利用固體電解質(zhì)膜(SEI:solid electrolyte interface)增長模型解析出了影響電池全生命周期內(nèi)一致性的關(guān)鍵參數(shù)-自放電率(k_(OCV)),并通過實驗得到可靠的驗證(論文第4章4.1節(jié))。2.基于上述結(jié)論和電池串并聯(lián)成組使用中電流的分配模型,本論文提出了容量分組和自放電率分組相結(jié)合的分組方法,不僅可以提高電池一致性,同時能有效地降低分選成本(論文第4章4.2節(jié))。3.基于阻抗譜理論解析出了影響電池一致性的熱力學(xué)和動力學(xué)因素,并與電池電極的設(shè)計參數(shù)和工藝參數(shù)進行了關(guān)聯(lián)研究,發(fā)現(xiàn)影響影響電池一致性的根源是電極的設(shè)計和生產(chǎn)控制,進個步通過半電池法分清正極和負(fù)極的貢獻權(quán)重(論文第5章)。4.通過阻抗譜模型,包括團聚體阻抗譜模型和多孔電極阻抗譜模型研究了影響電池一致性的原材料和電極的關(guān)鍵參數(shù),并對這些因素,比如電解液電導(dǎo)率σe,團聚體顆粒半徑R_(sp),一次顆粒半徑R_(pp)和電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)交換電流密度i_0在不同溫度下的影響權(quán)重進行了排序(論文第6章)。有別于其它電池一致性方面的研究,本論文基于作者多年的工程實踐經(jīng)驗,樣本量大,其貫穿從原料到設(shè)計、生產(chǎn)、分選、使用的全生命周期;通過模型找到的用自放電率代替老化的篩選方法能夠極大地縮短篩選時間;用理論模型解析出的電池設(shè)計端參數(shù)與一致性的關(guān)聯(lián)關(guān)系,能夠知道電池設(shè)計與生產(chǎn)工藝開發(fā),提高電池一致性。
[Abstract]:At present, lithium ion battery is the most widely and reliable power source for electric vehicles. With the development of electric vehicles, the safety, energy density, life and reliability of lithium-ion batteries have been improved, but compared with the internal combustion engine, there is still a big gap. Battery consistency is an important factor directly or indirectly. In addition, the more battery cells in the battery package, the more the impact of consistency. Therefore, improving battery consistency is one of the key technologies to improve battery performance and promote the popularity of electric vehicles. For lithium-ion battery, in space dimension, its preparation is a multi-process set, multi-factor control process, there are key control factors, the threshold of key control parameters is difficult to identify and determine; in the time dimension, Its consistency throughout the use life cycle presents a dynamic feature. The superposition of these two dimensions leads to the problem of battery consistency, which is a complicated academic and engineering overlapping subject of multi-factor coupling. In this paper, we study the problem according to the steps of recognizing the problem, analyzing the problem, solving the problem temporarily and solving the problem. The main research and results are as follows: 1. Using the solid electrolyte membrane SEI: solid electrolyte interface growth model, the key parameter which affects the consistency of the battery throughout its life cycle, the self-discharge rate, is analyzed and verified by experiments (Chapter 4, Section 4.1. 2. 2). Based on the above conclusions and the current distribution model in series-parallel battery groups, this paper proposes a combination of capacity grouping and self-discharge rate grouping, which can not only improve the battery consistency. At the same time, it can effectively reduce the sorting cost (Chapter 4, Section 4.2. 3. Based on the impedance spectrum theory, the thermodynamic and kinetic factors affecting the battery consistency are analyzed, and the correlation with the design parameters and process parameters of the battery electrode is studied. It is found that the root of the cell consistency is the electrode design and production control, and the contribution weight of positive and negative electrodes is determined by semi-battery method (Chapter 5, Chapter 4). The key parameters of the raw materials and electrodes that affect the battery consistency are studied by means of the impedance spectrum model, including the agglomerate impedance spectrum model and the porous electrode impedance spectrum model. For example, the electrolyte conductivity 蟽 _ e, aggregate particle radius R _ S _ p _ p, primary particle radius R _ p _ p) and charge transfer reaction exchange current density I _ 0 are sorted at different temperatures (Chapter 6). Different from other battery consistency research, this paper based on the author's engineering practice experience, the sample size is large, which runs through the whole life cycle from raw material to design, production, separation and use; The screening method with self-discharge rate instead of aging can greatly shorten the screening time by using the model, and the relationship between the parameters of the battery design end and the consistency can be obtained by using the theoretical model, and the battery design and production process development can be known. Improve battery consistency.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912;U469.72

【參考文獻】

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本文編號：1929457