适应ETC使用要求的锂离子电池开发

发布时间：2020-10-14 01:58

　　 随着全国高速公路网络的迅猛发展,高速收费系统中的人工半自动化收费模式,与逐渐不断加大的交通流量及车辆通行效率的矛盾已经日益凸显出来,原有收费模式效率低的弊端日益暴露。高速公路收费启用不停车收费系统(ETC)日趋普及,导致使用一次锂亚电池的ETC故障频发,一次锂亚电池弊端日趋突出,寻找替代电池变得紧迫。而锂离子电池由于相对能量高、循环寿命长久,单体电压高、重量轻、自耗电率低、温度适应范围广、无记忆效应、绿色环保等特点,在智能手机、笔记本电脑、蓝牙设备、移动电源等便携式移动设备上广泛使用。从而锂离子电池成为了替代锂亚电池在汽车ETC上使用的首选目标。因磷酸铁锂电池放电平台平稳、高温性能优越、安全性能优良,材料来源广泛,具极高的性价比,能够完全满足车载ETC对电源电池的要求而被选用。本文通过对车载ETC使用电流的大小、使用的环境温度、电池安全性要求,确定了电池性能要求。通过分析对比现有的正极材料体系,选用磷酸铁锂正极;人造石墨负极、EC\DMC\DEC\VC 1 mol锂盐的电解液、0.02 mm厚的湿法隔膜、涂炭铝箔,圆柱钢壳等材料,开发出了满足ETC使用要求的高性能14200Fe100型磷酸铁锂电池。本研究的具体内容和结果如下:(1)通过对磷酸铁锂电池放电电压平台的分析,得到了开路电压和容量关系,当荷电量在70-90%荷电区域,电池电压不发生变化;10%-70%荷电时开路电压3.217-3.313V,电压差为0.096 V,电压与荷电百分比的线性特征不明显;荷电在10%以下时,荷电状态与电压成线性关系。使用回归法,得出电压和荷电百分比关系为C=0.1972V~3-1.5137V~2+3.8928V-3.3501,(R~2=0.9991);荷电百分比和电压关系为V=-11424C~3+2891.3V~2-316.9V+2.6671,(R~2=0.9997)。使用该结果,在生产过程中选取2%左右电荷量,电压2.9V左右,能够通过电压差进行快速有效的自耗电筛选。(2)通过优化设计,制作的电池内阻标准差仅有2%,内阻一致性好;95度放出103%的电量,高温性能好;70度储存28天荷电恢复93%,70度储存84天内阻增仅加20%,储存性能稳定;循环500周容量无衰减,循环性能好;3C10V过充不燃不爆,安全性高;电池单极耳取代双极耳,生产操作简单,大大提供高了生产制造效率。得到了市场的广泛认可。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 选题的目的及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 锂离子电池的发展和现状
        1.3.2 ETC的发展与现状
        1.3.3 ETC电源电池的应用方案的发展
    1.4 研究的内容和创新点
第二章 ETC概述及其OBU电源要求
    2.1 ETC系统
        2.1.1 ETC系统的定义
        2.1.2 ETC系统工作原理
    2.2 OBU工作环境及电源要求
        2.2.1 OBU电源
        2.2.2 OBU电源理论设计参数和电能消耗
        2.2.3 OBU电源太阳能充电板充电参数
        2.2.4 OBU电源使用环境温度
    2.3 本章小结
第三章 满足OBU电源电池要求的材料选择
    3.1 锂离子电池工作原理
    3.2 电池结构的选择
    3.3 正极材料的选择
    3.4 负极材料的选择
    3.5 隔膜的选择
    3.6 电解液的选择
    3.7 集流体的选择
    3.8 本章小结
第四章 实验材料及测试方法
    4.1 主要实验原料
        4.1.1 磷酸铁锂材料PD80 性能特征
        4.1.2 石墨FSN-1 性能特征
    4.2 主要制作设备和测试仪器
    4.3 电池制备及工艺流程
        4.3.1 极片制备
        4.3.2 电池的组装
    4.4 分容后老化自耗电工艺的优选
        4.4.1 自耗电筛选方法简介
        4.4.2 磷酸铁锂电池自耗电筛选方法
    4.5 电化学性能测试方法
    4.6 本章小结
第五章 ETC电源电池14200FE100 型电池的开发
    5.1 14200Fe100 型电池设计
        5.1.1 配方设计
        5.1.2 电池尺寸及结构设计
        5.1.3 其他材料规格
    5.2 14200 Fe100 电池生产制造
    5.3 电池性能比较测试
        5.3.1 规格尺寸参数对比
        5.3.2 内阻分布对比
        5.3.3 容量分布对比分析
        5.3.4 放电倍率性能对比
        5.3.5 高低温放电性能
        5.3.6 循环充放电性能
        5.3.7 储存性能比较
        5.3.8 储存内阻稳定性比较
        5.3.9 对电池安全性进行评估
    5.4 本章小结
结论和展望
    结论
    展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

【参考文献】

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本文编号：2840010