锂电池制造论文
锂电池厂实习毕业论文
锂电池厂实习毕业论文————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:目录1 实习心得体会 (2)2 实习内容 (3)2.1 实习企业及产品简介 (3)2.2 实习岗位简介 (3)2.3 实习内容详述 (3)3 技术收获与总结 (9)3.1 技术收获 (9)3.2 经验与教训 (10)4 致谢 (10)‘1 实习心得体会三个月的实习期虽然很短,却使我懂得了很多。
这不仅是进行了一次良好的校外实习,还学会了在工作中如何与人相处,知道干什么,怎么干,按照规定的程序来完成工作任务。
同时对锂电池生产这方面也有了实际操作和了解,为我以后更好的发展奠定了基础。
并且在那里经过半个月的培训让我知道对一个企业而言,得控则强,失控则弱,无控则乱。
经过这几个月实习下来,使我受益良多,具体的实践体会如下:1、要有坚定的信念。
不管到那家公司,一开始都不会立刻给工作我们实习生实际操作,一般都是先让我们看,时间短的要几天,时间长的要几周,在这段时间里很多人会觉得很无聊,没事可做,便产生离开的想法,在这个时候我们一定要坚持,轻易放弃只会让自己后悔。
其实对于些困难我们要端正心态,对于我们前进道路中的困难,取决于我们踏脚的位置,那样困难也能变成我们飞速成长的跳板。
2、要认真了解公司的整体情况和工作制度。
只有这样,工作起来才能得心应手。
3、要学会怎样与人相处和与人沟通。
只有这样,才能有良好的人际关系。
与同事相处一定要礼貌、谦虚、宽容、相互关心、相互帮忙和相互体谅。
4、要学会怎样严肃认真地工作。
以前在学校,下课后就知道和同学玩耍,嘻嘻哈哈、大声谈笑。
在这里,完全相反,因为,这里是公司,是工作的地方,是绝对不允许发生这样的事情的。
工作,来不得半点马虎,否则就会出错,工作出错就会给公司带来损失。
所以,绝不能再像以前那样,要学会像这里的同事一样严肃、认真、努力地工作。
新型锂电池的设计与制备研究
新型锂电池的设计与制备研究锂电池作为一种无污染、高效率、高能量密度、可充电性能好的储能设备已经得到广泛的重视。
在当今社会,锂电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑等各类移动设备中,并且在能源领域、交通领域等方面的应用也日益增多。
然而,随着科技的不断进步和人们对储能设备的要求越来越高,传统锂电池需要面对的问题也越来越多。
其中最主要的问题就是锂电池的能量密度和充电速度。
为了解决这些问题,科学家们在不断拓展新材料、新结构的同时,也针对锂电池的设计与制备进行了深入研究。
本文将主要介绍新型锂电池的设计与制备研究方向及成果。
一、新型材料的研究传统的锂离子电池采用的是石墨或金属锂作为负极材料,而正极材料则主要是金属氧化物。
在这样的电池中,钴酸锂被广泛使用,因为它具有高特定容量和电化学稳定性。
但是,钴酸锂具有价格昂贵、稀缺资源、安全性低、环境污染等缺点。
因此,科学家们开始研究新型材料来代替钴酸锂。
1. 锂硫电池锂硫电池采用的是硫作为正极材料。
相较于钴酸锂,硫的价格低廉、可再生,同时具有较高的理论能量密度。
但锂硫电池也存在一些难以克服的问题,如活性材料的电化学热力学不稳定、容量损失、电极材料过多的重量和体积、极限电压和电流密度等方面的限制。
2. 锂空气电池锂空气电池采用空气中的氧气作为正极材料。
锂空气电池具有高能量密度,是未来锂电池的重要研究方向。
但是,优化空气催化材料、降低极限电压、提高能量效率等方面还需要进一步的研究。
3. 锂硅电池锂硅电池采用的是硅作为负极材料,它具有较高的容量、安全性好和可再生等优点。
但是,锂硅电池也存在容量衰减过快、膨胀变形等缺点。
4. 锂钛酸电池锂钛酸电池采用的是钛酸锂作为正负极材料。
相比于钴酸锂,钛酸锂具有防腐蚀、防过充、温度稳定性和安全性等优点,同时也具有良好的循环寿命和电化学性能。
总的来说,新型材料的研究是锂电池设计与制备中的重要方向。
各种新型材料的研究都处于不同的研究阶段,有些材料已经发展到了实验室阶段,需要进一步优化结构和性能;有些材料则刚刚开始研究,需要更全面的深入研究。
锂离子电池论文:锂离子电池正极材料LiFePO4的制备与改性研究
锂离子电池论文:锂离子电池正极材料LiFePO4的制备与改性研究摘要:lifepo4以其优良的综合性能,被认为是最有前途的锂离子电池正极材料。
文章阐述了lifepo4材料的结构、制备方法、改性研究。
关键词:锂离子电池;正极材料;lifepo4锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池,已成为高新技术发展的重点之一。
lifepo4 具备橄榄石晶体结构,理论容量为170mah·g- 1,有相对于锂金属负极的稳定放电平台314v,是近期研究的重点替代材料之一,与同类电极材料相比,具有原料资源丰富、价格便宜、无吸湿性、无毒、环境友好、热稳定性好、安全性高等优点。
它在充电状态的稳定性超过了层状的过渡金属氧化物,这些优点使得它特别适用于动力电池材料。
一、lifepo4的结构具有橄榄石结构的lifepo4为稍微扭曲的六方密堆积晶体,其空间群为pmnb型,其晶型结构如图1所示。
lifepo4晶体是由lio6八面体和feo6八面体构成的,po4四面体包含在此空间结构中。
在ab平面上,lio6八面体、feo6八面体和po4四面体交替排列,形成层状脚手架结构。
在lio6八面体中,li原子占据八面体的中心位置,在b方向上,通过共用边上的两个氧原子相连成链状结构。
在bc平面上,fe原子占据feo6八面体的中心位置,在c方向上,通过共用顶点上的一个氧原子相连形成锯齿状结构。
p原子占据po4四面体的中心位置,与相邻的一个feo6八面体共用棱边上的两个氧原子,同时又与相邻的两个lio6八面体共用棱边上的氧原子。
每个feo6八面体与相邻的两个lio6八面体共用棱边上的氧原子。
二、lifepo4的制备方法(一)固相合成方法1、高温固相合成法将锂的碳酸盐(或氢氧化物、磷酸盐)、草酸亚铁(或醋酸亚铁、磷酸亚铁)和磷酸二氢铵混合,在500℃-800℃下煅烧数小时,即可得到lifepo4粉体。
yamada a 等通过高温固相法合成了lifepo4样品:先将一定计量比的原料混合均匀,在一定温度下加热预分解,分解后的固体混合物再研磨均匀,然后在高温下灼烧,也有的经过了二次预分解。
【精编范文】锂电池的论文-word范文模板(16页)
【精编范文】锂电池的论文-word范文模板(16页)本文部分内容来自网络整理,本司不为其真实性负责,如有异议或侵权请及时联系,本司将立即删除!== 本文为word格式,下载后可方便编辑和修改! ==锂电池的论文篇一:锂电池论文锂离子电池的原理与应用王明浩(重庆大学材料科学与工程学院201X级装饰1班)摘要简要综述了锂离子电池的发展历程,原理,应用及前景,侧重于基本原理以及与生活密切相关的应用.关键字锂离子电池电池应用锂电池的产生自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂,钠等活泼金属做电池负极的设想后,人类开始了对锂电池的研究.而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化商品化开始,锂电池便以其比能量[1]高,电池电压高,工作温度范围宽,储存寿命长等优点,广泛应用宇军事和民用小型电器中,如移动电话,便携式计算机,摄像机,照相机等.锂电池的简单介绍锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位负值较大(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大(200-450Wh/kg),可反复充放电(5000次以上),无记忆效应,无污染,工作环境宽等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2,Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报道了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。
南昌大学锂电池方向论文
南昌大学锂电池方向论文锂离子电池在便携式电子领域应用广泛,在新能源汽车、智能电网等领域也具有巨大的应用潜力。
目前,锂离子电池的电极材料多为无机化合物,具有资源依赖性强、环境破坏力大、回收再利用困难等缺点。
区别于无机电极材料,有机材料具有来源丰富、环境友好、回收利用方便以及结构多样性、灵活性和可加工性等独特的优势,是新一代“绿色电源”的新兴研究对象。
有机电极材料具有导电性低、氧化还原位点有限、易溶于有机电解液等一系列缺点,严重影响了电池器件的能量密度、倍率性能、循环寿命等。
针对有机电极材料的以上问题,我们尝试开展了以下工作:1、形貌调控和表面改性是改变聚合物性质特征的常见方法之一。
本论文采用电纺丝技术制备了聚丙烯腈/聚乙二醇纳米纤维,进一步通过低温热处理的气氛调控,制备得到多孔的聚合物纳米纤维。
电化学研究表明,空气气氛处理的纤维材料具有较高的电化学储能性能和良好的循环稳定性(50mA/g的电流密度下,100次循环后其容量保持在418mAh/g)。
谱学研究表明纳米纤维的储锂性能主要得益于表面丰富的C=O和C=N基团。
微观结构分析表明,纳米纤维的多孔结构缩短了Li~+和电子的扩散距离,为电荷转移反应提供较大的电极/电解质界面,进一步提高了材料的可逆容量和循环稳定性。
这一工作为有机聚合物的功能化和形态设计提供了新思路。
2、有机化合物具有氧化还原位点有限(储锂容量有限)、在电解液中易溶(循环稳定性降低)等缺点。
针对此,我们尝试采用过渡金属离子与有机分子的配位能力改善有机化合物的储能性能。
以天然有机物叶酸为例,通过金属离子的参与,制备了一系列叶酸金属配合物(FA-MCs,M=Fe,Co,Ni),并将其应用于锂离子电池的电极材料。
所制备的金属有机配合物具有多电子传递的协同效应,增强了锂离子的存储容量。
此外,金属有机配合物的形成有效抑制了叶酸在有机电解液中的溶解进一步改善了循环稳定性。
其中FA-CoC在电流密度为80mA/g 时,100次循环后其容量保持在220mAh/g。
毕业论文—锂离子电池
编号:()字号本科生毕业设计(论文)题目:二氧化锰的回收与锰酸锂的制备姓名:陈金学学号:********班级:材料科学与工程学院科学08-1班二〇一二年六月中国矿业大学毕业设计任务书学院材料科学与工程专业年级材料科学2008学生姓名陈金学任务下达日期:2012年2月21日毕业设计日期:2012年2月21日至2012年6月10日毕业设计题目:二氧化锰的回收与锰酸锂的制备毕业设计专题题目:毕业设计主要内容和要求:1、查阅有关文献,撰写一般部分。
2、阅读外文文献,并翻译成中文。
3、提纯工业废料来制取正极材料,制备纽扣电池。
4、高温固相煅烧法合成锰酸锂正极材料,制备纽扣电池。
5、对电池进行电化学性能测试比较。
院长签字:指导教师签字:指导教师评语(①基础理论及基本技能的掌握;②独立解决实际问题的能力;③研究内容的理论依据和技术方法;④取得的主要成果及创新点;⑤工作态度及工作量;⑥总体评价及建议成绩;⑦存在问题;⑧是否同意答辩等):成绩:指导教师签字:2012年6月13日评阅教师评语(①选题的意义;②基础理论及基本技能的掌握;③综合运用所学知识解决实际问题的能力;④工作量的大小;⑤取得的主要成果及创新点;⑥写作的规范程度;⑦总体评价及建议成绩;⑧存在问题;⑨是否同意答辩等):成绩:评阅教师签字:2012年6月14 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要本文以工厂的废料为原料,采用不同的方法分离出废料中的杂质,评估提纯效果,最终得到有价值的锰氧化物。
再用提纯的锰氧化物和氢氧化锂在以不同比例、不同温度下煅烧反应,生成尖晶石型锰酸锂Li4Mn5O12和LiMn2O4的锂离子电池正极材料,做成纽扣电池。
在同样条件下,取乙酸锰与氢氧化锂合成的锰酸锂正极材料做得的纽扣电池,进行充放电性能比较。
测试表明,废料中的主要杂质为硫、钾和氟。
且所含主要物质为Mn(OH)2和KMn8O16。
经过水洗处理后可完全去除钴、铬、铜、钠、钙、砷、氟等元素;硫也能有效的降低;但是经过酸洗煅烧后发现,该步骤去除效果不明显。
锂离子电池论文:磷酸亚铁锂-硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究
锂离子电池论文:磷酸亚铁锂-硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究第一篇:锂离子电池论文:磷酸亚铁锂-硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究锂离子电池论文:磷酸亚铁锂/硬碳锂离子电池的工艺及电化学性能研究【中文摘要】自从锂离子电池被成功研制并商业化以来,锂离子电池以其循环寿命长、工作电压高、安全性好、无记忆效应等特点越来越受到人们的青睐和重视。
然而,锂离子电池电化学性能的好坏与其所使用的正负极材料、导电剂、粘结剂、电解液、隔膜等有着密切的关系。
磷酸亚铁锂(LiFePO4)因其具有原料丰富、比容量高、结构稳定、安全性好等优点成为了一种比较有潜力的锂离子电池正极材料。
同时,可以作为锂离子电池负极材料的硬碳(hard carbon, HC),由于其无规则的排序具有较高的容量、优良的循环性能和较低的造价等特性,使得人们对其产生了极大的兴趣。
本文将LiFePO4与硬碳组合成LiFePO4/HC电池,从正极材料所用的导电剂和粘结剂等工艺方面对LiFePO4/Li半电池及LiFePO4/HC全电池的电化学性能影响进行研究,并将LiFePO4/HC电池和LiFePO4/石墨(AGP-3)电池的电化学性能进行比较,得出如下结论:1.对于LiFePO4/Li半电池,使用Super P Li做导电剂时,电池的电阻相对更小,在0.2 C和1 C的放电倍率下,电池的放电平台都比使用乙炔黑做导电剂时更为平稳,且比容量更大。
在1 C放电倍率下经过150个循环后,电池容量的保持率要相对更稳定。
循环伏安测试表明所使用的LiFePO4材料本身的循环可逆性较好,这与LiFePO4颗粒间存在的碳纳米管提高了其导电性可能有很大的关系。
2.对于LiFePO4/HC全电池,同样我们得出使用Super P Li做导电剂时,电池的电阻相对更小且比容量更大。
倍率性能测试显示,使用Super P Li做导电剂时电池的倍率性能更加优越,但是,可能由于所使用的粘结剂PVDF粘结性能不够好,使得电池在10 C的放电倍率下比容量很低。
《2024年新型固态化锂二次电池及相关材料的制备与性能研究》范文
《新型固态化锂二次电池及相关材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着科技的发展和人类对能源需求的日益增长,新型电池技术的研究与开发显得尤为重要。
作为现代社会主要的能量来源,二次电池已经成为科技发展中不可或缺的一环。
尤其是固态化锂二次电池,凭借其高能量密度、高安全性和长寿命等特点,成为当下研究的重要领域。
本论文将对新型固态化锂二次电池及其相关材料的制备与性能进行深入研究。
二、新型固态化锂二次电池的概述新型固态化锂二次电池是一种以固态电解质替代传统液态电解质的二次电池。
其优点在于固态电解质具有更高的安全性和更长的寿命,同时也能有效防止电池内部的短路和泄漏。
此外,固态电池在高温和高倍率放电方面也有着良好的性能。
三、相关材料的制备1. 固态电解质的制备固态电解质是新型固态化锂二次电池的关键组成部分。
本论文将研究不同材料的固态电解质制备方法,包括硫化物、氧化物、聚合物等材料体系,探讨不同材料的性能和特点,寻找最优的电解质材料。
制备方法包括溶胶凝胶法、共沉淀法、物理气相沉积法等。
通过对制备过程的温度、压力、时间等参数进行控制,可以得到性能良好的固态电解质。
2. 正负极材料的制备正负极材料是新型固态化锂二次电池的重要组成部分。
我们将研究锂化物、氧化物、硫化物等材料的制备方法和性能,寻找最优的正负极材料。
制备方法主要包括化学气相沉积法、球磨法等。
对于每种材料,我们都将探讨其合成条件、结构和性能,并尝试通过元素掺杂等方法优化其电化学性能。
四、性能研究我们将对新型固态化锂二次电池的电化学性能进行深入研究,包括充放电性能、循环稳定性、倍率性能等。
通过与传统的液态电解质二次电池进行对比,分析固态化锂二次电池的优点和潜在问题。
此外,我们还将研究固态电解质与正负极材料之间的界面性质,以及界面性质对电池性能的影响。
这将有助于我们更好地理解新型固态化锂二次电池的工作原理和性能特点。
五、结论与展望通过本论文的研究,我们将得到一系列性能良好的新型固态化锂二次电池及其相关材料。
论文《锂离子电池的制备》
论文《锂离子电池的制备》酒泉职业技术学院毕业设计(论文)2021 级应用化工技术专业题目:锂离子电池的制备毕业时间: 2021年6月学生姓名:马维杰指导教师:张昆班级: 2021应化(2)班二��一二年三月十日酒泉职业技术学院 2021 届各专业毕业论文(设计)成绩评定表姓名黄娟班级 2021应化(2)班专业应用化工技术指导教师第一次指导意见 1.文章格式存在问题(如:标点符号、字母、数字) 2.正文排版有些混乱 3.正文有些内容介绍过于冗长年月日 1.文章格式上任然存在一些小问题 2.在文章的图片上要有名称 3.再将整篇文章梳理一下年月日年月日指导教师第二次指导意见指导教师第三次指导意见指导教师评语及评分成绩:签字(盖章)年月日成绩:签字(盖章)年月日教学系毕业实践环节指导小组意见学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字(盖章)年月日答辩小组评价意见及评分签字(盖章)年月日说明:1、以上各栏必须按要求逐项填写。
2、此表附于毕业论文 (设计)封面之后。
1锂离子电池概述摘要:本文介绍了锂离子电池正负极材料的种类及其制备方法,电化学性能,工艺流程,锂电池研究开发和现状,进行较为全面的总结。
以混合物为基体制备锂离子电池电解质基质,制得的多孔PVDF基质薄膜具有优良的化学性能及机械性能,其拉伸强度为102kg/cm^2,吸附锂离子电池电解液(1mol/L LiPF6的EC/DEC溶液)的能力达到自身重量的350%以上,吸液后其室温电导率在10^-3S/cm以上,用它组装成原理电池以后呈现了良好的电化学性能。
关键词:锂电池阴极材料正极材料电化学性能2一、锂电池介绍锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。
在充放电过程中,Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。
锂离子电池容易与下面两种电池混淆: 1.锂电池:存在锂单质。
锂离子电池毕业论文
锂离子电池毕业论文锂离子电池毕业论文引言锂离子电池作为一种重要的储能设备,已经广泛应用于电动汽车、便携式电子设备等领域。
随着对环境保护和可持续发展的要求日益增强,锂离子电池的性能和稳定性成为研究的热点。
本论文旨在探讨锂离子电池的工作原理、材料选择和优化设计等方面的问题,以期提供一些有益的参考。
锂离子电池的工作原理锂离子电池是通过锂离子在正负极材料之间的迁移来实现电荷和放电的。
在充电过程中,锂离子从正极材料(如锂钴酸锂)迁移到负极材料(如石墨),同时电子在外部电路中流动,完成电荷的储存。
而在放电过程中,锂离子则从负极材料迁移到正极材料,释放出储存的电荷。
材料选择与优化设计1. 正负极材料选择正负极材料的选择对锂离子电池的性能有着重要影响。
目前常用的正极材料有锂钴酸锂、锂镍酸锂和锂铁酸锂等。
锂钴酸锂具有高能量密度和较好的循环寿命,但其价格较高且存在安全隐患。
锂镍酸锂和锂铁酸锂则相对安全且价格较为适中,但能量密度较低。
因此,在实际应用中需要根据具体需求进行选择。
负极材料一般采用石墨,其具有良好的导电性和较高的比表面积,能够提供足够的锂离子储存空间。
同时,石墨还具有较好的化学稳定性和循环寿命,适合用作负极材料。
2. 电解液的优化电解液是锂离子电池中起到导电和锂离子传输作用的重要组成部分。
常见的电解液主要包括有机电解液和固态电解液两种。
有机电解液具有较好的导电性和锂离子传输性能,但其存在挥发性和燃烧性等安全隐患。
固态电解液由于其固态结构,具有较好的热稳定性和安全性,但其导电性和锂离子传输性能相对较差。
因此,如何在安全性和性能之间做出权衡,是电解液优化设计的重要问题。
3. 循环寿命与安全性锂离子电池的循环寿命和安全性是其应用中需要重点考虑的问题。
循环寿命主要受到正负极材料的损耗、电解液的降解和电池内部反应的影响。
因此,在材料选择和电解液设计中需要考虑其对循环寿命的影响,并通过优化设计来延长电池的使用寿命。
安全性方面,锂离子电池存在着过充、过放和高温等问题。
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本文部分内容来自网络整理,本司不为其真实性负责,如有异议或侵权请及时联系,本司将立即删除!== 本文为word格式,下载后可方便编辑和修改! ==锂电池的论文篇一:锂电池论文锂离子电池的原理与应用王明浩(重庆大学材料科学与工程学院201X级装饰1班)摘要简要综述了锂离子电池的发展历程,原理,应用及前景,侧重于基本原理以及与生活密切相关的应用.关键字锂离子电池电池应用锂电池的产生自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂,钠等活泼金属做电池负极的设想后,人类开始了对锂电池的研究.而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化商品化开始,锂电池便以其比能量[1]高,电池电压高,工作温度范围宽,储存寿命长等优点,广泛应用宇军事和民用小型电器中,如移动电话,便携式计算机,摄像机,照相机等.锂电池的简单介绍锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位负值较大(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大(200-450Wh/kg),可反复充放电(5000次以上),无记忆效应,无污染,工作环境宽等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2,Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2. 同年.Moli和sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报道了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。
锂电池-大学生课程论文
锂电池及锂离子电池无机化学教学二班20420102201230陈仙生(组长)20420102201224陈佳煜20420102201346叶志枫20420102201364赵名赫20420102201278林伟庆摘要:锂是高能电池理想的负极活性物质,因为它具有最负的标准电极电势,相当低的电化学当量。
锂电池具有电压高、比能量高、比功率大、寿命长、轻的特点。
锂十分活泼,通采用有机溶剂或非水无机溶剂电解液制成锂非水电池、用熔融盐制成锂熔融盐电池和用固体电解质制成锂固体电解质电池。
子信息时代使对移动电源的需求快速增长,锂离子电池经过将近二十年的发展,已经成为一种相对成熟的技术,由于它具有体积小、重量轻、高储能、循环寿命长等特点,在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有非常广阔的应用前景。
关键词:锂电池、环保、性价比、前景一、绪论锂是高能电池理想的负极活性物质,因为它具有最负的标准电极电势,相当低的电化学当量。
锂电池具有电压高(电压高达4.0V以上)、比能量高(比能量是指单位质量或单位体积的电池所输出的能量,分别以W﹒h﹒kg-1和W﹒h﹒L-1表示)、比功率大(比功率是指单位质量或单位体积的电池所输出的功率分别以W﹒kg-1和W﹒L-1表示)、寿命长、轻(最轻金属,周期表中第三号元素)的特点。
应用于飞机、导弹点火系统、鱼雷、手机、电子手表、计算器、录音机、心脏起搏器等等。
锂十分活泼,通采用有机溶剂或非水无机溶剂电解液制成锂非水电池、用熔融盐制成锂熔融盐电池和用固体电解质制成锂固体电解质电池。
常用的有机溶剂有乙腈、二甲基甲酰胺等。
LiClO4、LiAlCl4、LiBF4、LiBr、LiAsF6等作支持电解质。
非水无机溶剂有SOCl2、SO2Cl2、POCl3等,也可兼作正极活性物质。
各种锂电池的负极大致相同,把锂片压在焊有导电引线的镍网或其他金属网上,正极活性物质有SO2、SOCl2 、SO2Cl2 、V2O5 、CrO3、Ag2CrO4、MnO2、TiS2、FeS2、Ag2S 、MoS2 、VS2、CuS 、FeS 、CuO 、Bi2O3等。
关于锂离子电池的论文-电力论文-水利论文
关于锂离子电池的论文-电力论文-水利论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作,下面我们就为大家介绍一些关于锂离子电池的论文范文,供给大家阅读。
关于锂离子电池的论文范文第一篇:关于动力锂离子电池健康状态和剩余使用寿命研究综述作者:宋珂徐宏杰作者单位:同济大学摘要:随着电动汽车的不断发展,动力锂离子电池市场得到不断地壮大。
因此,动力锂离子电池的安全性也成为了一个越来越重要的课题。
针对动力锂离子电池的健康状态和剩余使用寿命的研究进行了综述,列举了主要的电池荷电状态、健康状态和剩余使用寿命的定义方式,总结了锂离子电池的衰减机理以及引起衰减的外部因素,并介绍了基于模型、基于数据、基于模型和数据融合的三种SOH和RUL 预测方法,并结合不同的学者研究成果进行了对比,为后续的研究提供了帮助。
关键词:动力锂离子电池;健康状态;剩余使用寿命;数据驱动;模型数据融合方法;作者简介:宋珂(1981-),男,四川阆中人,讲师,博士,研究方向:燃料电池汽车技术。
;Abstract:With the continuous development of electric vehicles, the market for powered lithium-ion batteries has been growing. Therefore, the safety of power lithium-ion battery has become an increasingly important issue. In this paper, the state of health and remaining useful life of the power lithium-ion battery are reviewed, the main definitions of SOC, SOH and RUL are listed, the attenuation of the lithium-ion battery and the external factors causing the attenuation are summarized, and the three SOH and RUL prediction methods based on model, data, model and data fusion are introduced, and the research results of different scholars are compared to help the follow-up research.Keyword:power lithium-ion battery; state of health; remaining useful life; data-driven; model and data fusion method;0 引言随着日益严重的环境污染和温室效应,新能源汽车成为了一个越来越热门的领域。
锂离子电池论文
摘要随着电力行业的高速发展,锂离子电池的研究已成为当代的热点研究课题。
研究锂离子电池,最主要的是对正极材料的研究,因为锂离子电池由于受到技术制约而使其性能得不到充分发挥。
锂离子电池在实际应用中有着循环使用寿命较长、首次充放电比容量高、对环境无污染等优点,已经成为21世纪绿色电源的首选。
目前常用的正极材料主要是LiCoO2,由于LiCoO2合成简单,充放电电压平稳,已经广泛用于各个领域,但是LiCoO2中钴材料价格较贵,毒性较大对环境污染严重,实际容量只有理论容量的二分之一,导致它的使用受到严重限制。
这就迫使研究者寻找新型的正极材料来代替LiCoO2。
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料价格低,热稳定性高,循环稳定性能良好,是目前高容量电极材料发展的主要方向。
本文将采用共沉淀法和溶胶-凝胶法制备锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2,然后利用XRD、SEM、充放电及循环性能测试对其进行结构、形貌研究并测试其电化学性能。
共沉淀法制备材料能有效节省材料的制备时间,选择合适的沉淀体系,加入一定量表面活性剂,严格控制反应体系PH在11,配锂量要大于一般的固相反应。
当配锂量在1.1时,前驱体经过500 ℃预处理,然后在850 ℃下焙烧20 h可得到粒径均匀,分散性好的细小颗粒;溶胶-凝胶法制备材料时,通过控制合适的络合剂、易分解的金属离子盐以及反应过程中的温度、时间、PH等条件,找到溶胶-凝胶法制备材料的最佳工艺条件。
实验表明,采用适当的反应过程和适宜的PH(6-6.3)值可以得到颗粒细小、均匀且分散性良好的粉状材料,使用这种粉体材料经过500 ℃预处理,然后在850 ℃下焙烧20 h 可以得到粒径在100~300 nm,均匀分布的粉末颗粒。
首次充放电实验表明,这种材料具有良好的循环稳定性能和较高的容量。
关键字:锂离子电池;正极材料;共沉淀;溶胶-凝胶法;LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2AbstractWith the high-speed development of the power industry, the research of lithium ion battery has become a hot research topic in the contemporary. Research on lithium ion batteries, the most important is the study of the anode materials, because of the lithium ion batteries due to technical constraints and make not give full play to its performance. In actual application of lithium ion battery has a first charge and discharge cycle a long service life, the advantages of high specific capacity, on the environment pollution-free, has become a 21st century green power of choice. The positive materials of the commonly used at present is mainly LiCoO2, as a result of LiCoO2 synthesis is simple, stable charge and discharge voltage, has been widely used in every field, but in the LiCoO2 cobalt material price is more expensive, bigger toxicity to environment pollution is serious, the actual capacity is only half of the theory of capacity, led to its use is limited by serious. This forces the researchers looking for new to replace the LiCoO2 cathode material. LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 cathode material price is low, high thermal stability, stable cycle performance is good, is currently the main development direction of high capacity electrode materials.This thesis will use the coprecipitation method and sol-gel method of lithium ion battery cathode material LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, then using XRD, SEM, charge-discharge and cycle performance test research on the structure, morphology and test their electrochemical performance.Coprecipitation preparation material can effectively save the preparation time, select the appropriate system of precipitation, surface active agent was added into, strict control of reaction system PH in 11, with lithium content than ordinary solid phase reaction. Precursor when the amount of lithium in 1.1 after 500 ℃preprocessing, and then roasting 20 h under 850 ℃can get uniform particle size, good dispersion tiny particles; Sol-gel method materials, by controlling the appropriate complexing agent and metal ion salt and easy decomposition reaction conditions, such as temperature, time and PH on the find material optimum process conditions of sol-gel method. Experiments show that the proper reaction process and the suitable PH value (6-6.3) can be particles small, uniform and good dispersancy powder materials, the use of this powder materials after 500 ℃preprocessing, and then roasting 20 h under 850 ℃can get grain size in 100 ~ 300 nm, uniform distribution of powder particles. The first charge and discharge experiments show that the material has good cycle stability performance and higher capacity.Key Words:Lithium-ion battery, Cathode material,Coprecipitation,Sol-Gel method, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论........................................................................................................................... - 1 -1.1 研究背景........................................................................................................ - 1 -1.2 锂离子电池概述............................................................................................ - 1 -1.2.1 锂离子电池的发展历程..................................................................... - 1 -1.2.2 锂离子的应用及前景......................................................................... - 2 -1.2.3 锂离子电池的结构和工作原理......................................................... - 2 -1.2.4 锂离子电池的特点............................................................................. - 4 -1.3 锂离子电池正极材料.................................................................................... - 4 -1.3.1 氧化镍锂(LiNiO2)正极材料 .............................................................. - 5 -1.3.2 氧化钴锂(LiCoO2)正极材料.............................................................. - 5 -1.3.3 氧化锰锂(LiMnO2)正极材料............................................................. - 6 -1.3.4 橄榄石结构(LiMPO4)正极材料......................................................... - 6 -1.3.5 尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)正极材料.................................................... - 7 -2 实验条件与测试方法............................................................................................... - 8 -2.1 化学试剂及主要设备.................................................................................... - 8 -2.1.1 化学试剂............................................................................................. - 8 -2.1.2 主要设备............................................................................................. - 9 -2.2 电极的制备和电池的组装............................................................................ - 9 -2.2.1 电极的制备......................................................................................... - 9 -2.2.2 电池的组装....................................................................................... - 10 -2.3 主要测试方法...................................................................... 错误!未定义书签。
锂电池的设计范文
锂电池的设计范文一、引言锂电池是一种常见的充电电池技术,其优势包括高能量密度、长循环寿命、低自放电率等。
由于其在移动设备、电动汽车等领域的广泛应用,锂电池的设计至关重要。
本文将从锂电池的基本原理、设计要素、优化策略等方面进行综述。
二、基本原理锂电池的基本原理是通过将锂离子在电解质和正负极材料之间的迁移来存储和释放电能。
典型的锂电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。
充电时,正极材料(如LiCoO2)中的锂离子被氧化成Li+,并从正极向负极移动;负极材料(如石墨)中的锂离子则被还原成金属锂。
放电时,这个过程反转,锂离子从负极返回正极,同时释放储存的电能。
三、设计要素1.电池容量电池容量是锂电池最基本的设计要素之一、电池容量决定了电池可以存储的能量量,常以安时(Ah)的单位表示。
电池的容量需根据特定应用的需求来确定,例如,对于移动设备,较小的容量可以减小体积和重量;而对于电动汽车,较大的容量可以提供更长的续航里程。
2.电池电压电池电压是电池设计中的另一个重要要素。
一般情况下,锂电池的工作电压为 3.6-3.8V。
多节电池可以通过串联连接来获得更高的工作电压。
3.电池循环寿命电池循环寿命是指电池能够经受的充放电循环次数。
循环寿命直接影响电池的使用寿命和性能稳定性。
提高电池循环寿命的方法包括合理的电池充放电控制、优化电池材料和结构等。
4.电池安全性锂电池的安全性是设计中需要特别关注的问题。
锂电池的充放电过程中可能会发生过热、短路等问题,甚至引发火灾和爆炸。
为了保障安全,需要采取一系列措施,包括添加保护电路、优化电池结构、控制电池充放电过程等。
四、优化策略为了改善锂电池的性能和延长其使用寿命,可以采取以下优化策略:1.材料优化选用合适的正负极材料和电解质材料是提高锂电池性能的关键。
例如,可以选择具有高容量、高稳定性和低成本的正负极材料,以提高电池的能量密度和循环寿命。
2.结构优化电池的结构布局也可以通过优化来改善电池性能。
锂离子电池论文题目范例
锂离子电池论文题目范例锂离子电池在现代电子设备和交通工具中广泛应用,因其高能量密度、长寿命、无记忆效应等特点而受到青睐。
本论文将介绍锂离子电池的工作原理、优点、缺点和应用领域,并讨论当前的研究热点和未来的发展方向。
一、锂离子电池的工作原理锂离子电池的基本组成部分包括正极、负极、电解液和隔膜。
正极通常使用氧化物,如LiCoO2,LiMn2O4和LiFePO4等。
负极通常使用碳,如石墨等。
电解液通常是有机电解质,如聚合物和溶液。
正负极材料的反应产生电子和离子,离子在电解液中移动,电子在外部电路中流动,从而产生电能。
二、锂离子电池的优点与缺点锂离子电池的最大优点是其高能量密度,能够提供更长的续航时间和更小的体积。
此外,锂离子电池还具有长寿命、无记忆效应、低自放电率和快速充放电等优点。
然而,锂离子电池的缺点包括价格高、充电时间长、充放电次数有限和安全性差等。
三、锂离子电池的应用领域目前,锂离子电池已广泛应用于电子设备和交通工具中。
在电子设备中,锂离子电池被用于移动电话、笔记本电脑、数码相机、MP3播放器等。
在交通工具中,锂离子电池被用于电动汽车、混合动力汽车和电动自行车等。
随着需求的不断增加,锂离子电池的市场前景越来越广阔。
四、锂离子电池的研究热点目前,锂离子电池的研究热点主要集中在以下领域:新型材料、更高的能量密度、更短的充电时间、更长的使用寿命、增加充放电次数和改善安全性。
在材料方面,研究人员正在寻找替代原材料并探索新材料的性能和通量。
在能量密度方面,研究人员正在尝试使用新的电解液和改进锂离子电池的极化特性。
在充电时间方面,研究人员正在开发更快的充电技术和快速充电装置。
在使用寿命方面,研究人员正在尝试通过改变电池结构和材料来提高电池寿命。
在充放电次数方面,研究人员正在寻找廉价的替代材料和更好的充电保护措施。
在安全性方面,研究人员正在尝试降低电池损坏和发生火灾的风险。
五、锂离子电池的未来发展方向随着科技的不断进步,锂离子电池的未来发展方向主要与新型材料、更高的能量密度、更短的充电时间、更长的使用寿命、更高的安全性和更低的价格有关。
锂离子电池的制备与优化研究
锂离子电池的制备与优化研究锂离子电池自从上世纪八十年代问世以来,由于其具有高能量密度、环保、长寿命等优点,逐渐替代了铅酸电池和镍氢电池,在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域应用广泛。
本文将介绍锂离子电池的制备过程和优化研究进展。
一、主要组成部分锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四个部分组成。
其中,正极材料的主要作用是在放电过程中释放锂离子,电解液将锂离子输送到负极中,负极捕获锂离子,形成锂金属或锂合金,释放电子,使电路形成闭合通路,电子从负极经过外部电路流向正极,完成电流的传递。
二、正极材料的制备与优化研究正极材料的制备和研究是锂离子电池制备过程中的关键步骤。
正极材料的种类有多种,包括锂钴氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂铁磷酸盐等。
研究表明,在这些材料中,锂钴氧化物的电压最高,但其容量较低,循环寿命也短。
而锂镍钴锰氧化物虽然容量比锂钴氧化物高,但其稳定性较差。
锂铁磷酸盐则是较新的材料,其安全性和稳定性都较优,但相对容量比较低。
对于不同的正极材料,其优化研究也各有侧重。
例如,针对锂钴氧化物的研究,可从增加氧化物的合成温度、增加钴含量、表面涂覆等方面入手,以提高其容量、循环寿命和安全性。
对于锂镍钴锰氧化物,研究可从控制材料中各元素含量、合成过程中控制氧分压、添加表面涂层等方面入手,以提高其稳定性和容量。
锂铁磷酸盐的研究则可从控制合成过程中的配比和温度、改善粒径分布等方面进行。
三、电解液的制备与优化研究电解液是锂离子电池中起到输送锂离子的作用,其主要成分为有机溶剂和锂盐。
在有机溶剂中溶解锂盐后,形成离子对,输送到电池中的负极处,使锂离子与负电极反应,形成金属锂或锂合金。
电解液的制备和研究也是锂离子电池制备关键的一步。
优化电解液可从选择不同的有机溶剂、添加添加剂等方面入手,以提高电池容量、循环寿命和安全性。
四、负极材料的制备与优化研究负极材料的主要作用是捕获锂离子,在充电过程中促使锂离子与电池中的正极材料再次结合,完成电池的二次化学反应。
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Lithium ion battery productionAntti Väyrynen,Justin Salminen ⇑European Batteries Oy,Karapellontie 11,02610Espoo,Finlanda r t i c l e i n f o Article history:Available online 22September 2011Keywords:Lithium Ion Battery Production PropertiesBattery management Energy Lifetime Recyclinga b s t r a c tRecently,new materials and chemistry for lithium ion batteries have been developed.There is a great emphasis on electrification in the transport sector replacing part of motor powered engines with battery powered applications.There are plans both to increase energy efficiency and to reduce the overall need for consumption of non-renewable liquid fuels.Even more significant applications are dependent on energy storage.Materials needed for battery applications require specially made high quality products.Diminishing amounts of easily minable metal ores increase the consumption of separation and purifi-cation energy and chemicals.The metals are likely to be increasingly difficult to process.Iron,manganese,lead,zinc,lithium,aluminium,and nickel are still relatively abundant but many metals like cobalt and rare earths are becoming limited resources more rapidly.The global capacity of industrial-scale production of larger lithium ion battery cells may become a lim-iting factor in the near future if plans for even partial electrification of vehicles or energy storage visions are realized.The energy capacity needed is huge and one has to be reminded that in terms of cars for example production of 100MWh equals the need of 3000full-electric cars.Consequently annual produc-tion capacity of 106cars requires 100factories each with a 300MWh capacity.Present day lithium ion batteries have limitations but significant improvements have been achieved recently [1–8].The main challenges of lithium ion batteries are related to material deterioration,operating temperatures,energy and power output,and lifetime.Increased lifetime combined with a higher recycling rate of battery mate-rials is essential for a sustainable battery industry.Ó2011Elsevier Ltd.All rights reserved.1.IntroductionMetals and metal products play important role in our industrial development.Sustainable use of the earth’s resources in metal products production,end use,and recycling of metals has to be ta-ken into account.Lithium ion batteries have developed rapidly and different types of chemistry have successfully been mon applications are power sources for cell phones,laptops,and other portable devices.Development is currently going on in larger applications such as energy storage,partly or fully powered electric vehicles,industrial vehicles,lifts,cranes,harbour ma-chines,mining vehicles,boats,and submarines.Production of cells and battery management system electronics scaling from the indi-vidual cell to large modular solutions are ramping up globally.These new applications demand huge amounts of specially made products (copper and aluminium metal foils,electrolyte,lithium metal oxide,separator polymers,binders,graphite,conductive additives,cover bags,tabs,and production hardware).Over the long term,diminishing amounts of easily minable metal ores sites influence material availability.Iron,manganese,lithium,and nick-el are still relatively abundant but metals like cobalt,and rare earths are becoming limited resources in coming decades.The driving force behind this growing interest in Li-ion batteries is both the desire to increase energy efficiency and to reduce con-sumption of hydrocarbon-based fuels.The deployment of battery systems and the battery industry are expected to grow rapidly over the next 2to 3years.The main challenges of Li-ion battery technology are related to chemistry,material deterioration,lifetime,operating temperatures,energy and power output,and,scaling up,long term material supply for some,and overall costs.Cost targets for Li-ion batteries are ambi-tious,only a couple of hundred dollars per kWh,while currently the price is closer to $1000per kWh.In the near future,the price is ex-pected to decrease only modestly due to more challenging chemis-try and safety requirements of the electric vehicle (EV)industry.Batteries are specific in their uses and one type does not fit all purposes.Challenges appear,for example,when individual cells are combined into in larger battery systems.In larger combina-tions,cooling is required to avoid hot spots and deterioration of lifetime due to overheating.Thermal control is also necessary for safety reasons.Advanced Li-ion battery systems include electronic control known as the battery management systems (BMS)which is crucial when operating electric vehicles (EV),and hybrid electric vehicles0021-9614/$-see front matter Ó2011Elsevier Ltd.All rights reserved.doi:10.1016/j.jct.2011.09.005⇑Corresponding author.Tel.:+358401844625.E-mail addresses:antti.vayrynen@ (A.Väyrynen),Justin.Salminen@ (J.Salminen).(HEV).BMS also prevents battery overcharging and deep discharg-ing of the battery.2.Lithium ion batteriesBatteries are devices that convert stored chemical energy into electricity within a closed system.Electrochemical conversion oc-curs at two electrodes,viz.,cathode and anode.The nature of the reaction is dependent on the chemistry of the electrodes.The power of the battery is more determined directly by the area of the electrodes in contact with the electrode while the energy content is depends more on mass and volume of the active material.In a rechargeable battery(secondary battery),if the external load is replaced with power supply the direction of electrons(and lithium ions)are reversed,and the battery is charged.Lithium ions(Li+) move from anode to cathode during discharge and from cathode to anode in charging.Electrons move in the external circuit into the same direction as Li-ions.The anode(negative electrode)is usually graphite or lithium titanate.The cathode(positive electrode)is typically lithium metal oxide[1–6].Lead acid,nickel-metal hydride,and lithium ion batteries are themost common rechargeable batteries.Lead acid battery technology is well proven and is more than a century old.However the lead acid battery shows low gravimetric and volumetric energy density.Nickel-metal hydride batteries provide reliable cyclability and are commonly used in hybrid vehicles.Their downside is a rela-tively low energy density and low cycle life and relatively high self-discharge rate up to10%per month.That makes lithium ionBattery electrodes provide electron conductivity outside,they store chemical energy,and generate electrical energy by releasing of stored energy.All these functions should be completed isothermally,and with as little mechanical or chemical strain as possible.New novel lithium cathode materials are continuously developed in universi-ties and company research laboratories to improve battery perfor-AbbreviationsLFP Lithium iron phosphateNCA Lithium nickel cobalt aluminium oxide LCO Lithium cobalt oxide NCM Lithium nickel cobalt manganese oxideLMO Lithium manganese oxideSOC State of chargeFIGURE3.Overview of one of LFP electrode coating lines in European Batteries plant at Varkaus,Finland.The annual capacity of the plant is100MWh[9].FIGURE1.Rechargeable lithium ion battery cell(above)and cell frame,module,and larger system(below).The module and system include BMS and temperaturecontrol.A.Väyrynen,J.Salminen/J.Chem.Thermodynamics46(2012)80–8581(LFP)electrode coating line.LFP is coated on special made thin aluminum foil keeping coating thickness and weight per surface area uniform.Separate lines for both cathode and anode are needed.The coated electrode is tried in the long oven shown in thefigure.The electrode is rolled at the end of the coating line and goes through many process steps including calentering,slit-ting,notching,and drying.After that the electrode is ready for bat-tery assembly in the dry room where cathode,anode,separator, cover bag,and electrolyte are put together.Lithium cobalt oxide cells benefit from well established powder and cell production processes.Hundreds of million cells are pro-duced annually.Cobalt based cathodes are easier to produce than LFP-based cells.Currently there exist tens of manufacturers for dif-ferent battery applications,variations,sizes and shapes.The move from small cell sizes to large-format cells has caused new safety is-sues to cell manufacturers.Novel new materials like LFP have been introduced to increase the safety in large-format cells.Table1 shows some common lithium ion battery chemistries,their uses, characteristics,relative cycle lifes,and nominal voltages.The most recent lithium-ion cathode material:discovered1995 and development to commercial products started in1997.The LiFePO4(LFP)is considered the most promising lithium-ion tech-nology for large-format batteries due its long cycle life and safety. The LFP material is still in the pilot phase and powder production is ramping up from pilot-scale to mass production.The production of high quality LFP-powder is difficult.The advantages of LiFePO4(LFP)are summarized as follows.LFP shows reasonable good cell voltage3.2V depending on the active materials and it also shows extremely good safety features.LiFePO4 powder is non-toxic,shows no thermal runaway,and is chemically stable.It shows long cycle(+4000cycles)and calendar life(+5 years),and reasonably large energy density,(110to150)WhÁkgÀ1, 1/4weight and1/3size of lead acid batteries.The charging time is short,viz.,1h and even half an hour.The self-discharge rate of a LFP battery is extremely small and it can be stored fully charged or par-tially charged,unlike a lead acid battery.Figure4shows the typical flat discharge curve for LiFePO4chemistry.From thefigure,one can see that the voltage remains almost stable and independent of discharge over a wide capacity%(SOC)range.Overcharging the cell does not cause major problems below4.5V.Also hard short-nail penetration may cause minor smoking but no propagation,seefigure7.In the case of overheating,LFP does not react prior to pressure/electrolyte release in a pouch cell which minimizes the thermal runaway that is more likely with energetic oxide materials like LiCoO2.Figure4shows discharge curves of42Ah capacity battery based on LFP chemistry.The lithium iron-phosphate(LFP)cell has a very stable discharge voltage.The only drawback of stable voltage behaviour,as infigure4,is estimation of the state of charge (SOC).Due to a nearly constant voltage from5%to80%state of charge,estimation of SOC is usually based on coulomb counting (integration of current).The temperature range of operation for special purpose batter-ies or vehicle applications is fromÀ40°C to above100°C.In prac-tice,current lithium-ion batteries operate within the temperature rangeÀ20°C to60°C.Development is underway to improve the low temperature and high temperature performance,and lifetime at higher temperatures.Low temperature performance is limited by temperature depen-dencies of electrochemical reactions,transport properties and phase changes of the electrolyte.Good ionic transport properties corre-spond to high conductivity,low viscosity,and sufficiently high diffu-sion coefficient of Li+while charging and discharging the battery.At lower temperatures the capacity(in Ah)of the cell falls and the voltage drops.This behaviour is shown infigures5and6. The C-rate corresponds to the current at which useful capacity of the battery is consumed with time t in hours.It is also the charge or discharge rate.A1C discharge or charge occurs a1h;0.5C dis-charge or charge occurs in2h,etc.4.Abuse toleranceLithium iron phosphate has increased safety compared to other lithium chemistries.Also Lithium titanate is considered as safe as LFP.Figure7shows EB’s cell after putting six zinc plated iron nails through the cell.No smoke orfire was observed and the cell voltageTABLE1Properties of different lithium ion cathode materials.Cycle life depends how the testing has been carried out[1,7,8].Cathode Formula Type Energy density/(WhÁkgÀ1)Energy density/(WhÁdmÀ3)Relative cycle life Voltage/VLCO LiCoO2Energy/power170to185450to5001 3.65 NCM LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2Energy155to185330to3653 3.7 NCA LiNi0.8Co0.15Al0.05O2Energy/power145to165270to3503 3.65 LFP LiFePO4Energy100to140200to330>4 3.2 LMO LiMn2O4Energy/power90to120260to3001 3.882 A.Väyrynen,J.Salminen/J.Chem.Thermodynamics46(2012)80–85remained above 3V overnight.That was an example of a safe soft thermal tests,altitude test,vibration,external shorting,overcharg-ing,and forced discharge.The United Nations tests refer to recommendations on transport of dangerous goods which lithium ion batteries have to pass in order to be eligible for transportation.5.From a cell into a systemThere is often confusion in the terms used to describe the vari-ous components of a battery system because the word ‘‘battery’’is used when referring to both a single cell and for example a 12V car battery comprising six cells.In this paper,we use the following terms (see figure 1):Cell :The most basic element of a battery (nominal voltage 3.2V for a LFP cell).Module :A collection of cells connected in series/parallel provid-ing a higher voltage and capacity than a single cell.A module includes a measurement unit (slave unit)of the BMS.Pack :A collection of modules connected in series and located in a single enclosure.System :One or multiple packs connected in series/parallel including the cooling system,the BMS master unit and the FIGURE 7.Example of abuse tests of charged cells.Nail and hammer treatment (left)and seawater immersion (right).FIGURE 8.Example of arrangement of cooling elements in a battery pack.Thermal management is one of the biggest challenges in the development of a battery pack.Although the efficiency of a lithium ion battery is significantly higher than of conventional batteries(e.g. lead acid),the dissipation may limit the performance of the battery system under hot conditions.Operating the battery in a high temper-ature environment may result in premature ageing,irreversible ef-fects and even safety problems.Similarly,the battery pack must be heated in cold conditions.Due to IP requirements of the pack,ambient air cannot usually be used as a coolant.Therefore,a liquid circulation through the pack or a heat exchanger is required.Figure8shows water cooling elements that are designed for EBattery30modules.5.1.Battery management system(BMS)A lithium-ion battery stack comprising several cells cannot be operated as if it were a single power source.Lithium-ion cells are very susceptible to damage outside the allowed voltage range that is typically within(2.5to3.65)V for most LFP cells.Exceeding this voltage range results in premature ageing of the cells and,further-more,results in safety risks due to the reactive components in the cells.This is why a proper battery management system monitoring individual cell voltages and temperatures is necessary.The variation of the electrical characteristics(capacity,internal resistance)caused by manufacturing differences,ageing and un-equal temperature distribution can result in deviations in the state of charge(SOC)inside a battery stack.If the SOC is not periodically balanced some cells may be eventually overcharged or over dis-charged,leading to irreversible damage,and eventually complete battery stack failure.This process is inherently divergent,and re-duces the available capacity even if the damage can be avoided by careful voltage control[11].A conventional passive balancing method is to connect a load resistor parallel to each cell to discharge individually selected cells. This method is only suitable in the charge mode to suppress a volt-age rise in the strongest cells,and can be used for a periodical equalizing of the battery stack.Active balancing means a method that transfers energy between battery cells instead of dissipating.A bi-directional balancing module can both charge and discharge an individual cell.The balancing can be based on real-time cell voltages or estimated capacity distribution of the stack defined by an adaptive algorithm during previous load cycles.The core functions of a BMS systems are as follows[10]:Prevent the voltage of any cell from dropping below a limit by reducing discharging current,asking it to be reduced.Prevent the voltage of any cell from exceeding a limit by reduc-ing charging current,stopping the charging or asking it to be stopped.Prevent the temperature of the battery system from exceeding a limit by reducing battery current or asking for cooling.Prevent charging/discharging current from exceeding a limit that depends of battery temperature,SOC and various other parameters.Provide relevant status information(e.g.SOC,SOH)about the battery pack to the host system and the user via a data link. 5.2.Topology and communication of the BMSThe BMSs are often categorized based on how they are installed; directly on each cell or centralized in a single device,or in some intermediate form.The various topologies are as follows[8]:Centralized:BMS in located in a single assembly that is con-nected to cells with a cable harness.Modular:BMS comprises multiple identical cards one of which is designated as a master,and the cards communicate with a data link(e.g.CAN bus).Master–slave:The system comprises multiple identical cards (the slaves),each measuring the voltage of a group of cells, and a separate master unit that handles computation and communications.Distributed:The voltage(and temperature)of each cell is mea-sured by a card connected directly to the cell.The cells are con-nected via data link to a controller that handles computation and communications.A simple BMS often uses digital signals to report to an external device or system the state of the battery pack.These on/off signals indicate the status of a fault/alarm and if a certain operation is en-abled(charging,discharging).In a more advanced application,the BMS master unit uses a data link to communicate with the host system.The data link can be pro-prietary or use a standard protocol,but even in the latter case,the coding of the data is usually proprietary.The most common stan-dards are RS232,RS485,CAN bus,Ethernet and USB.Figure9shows block diagram of EBattery™management system[8,9].84 A.Väyrynen,J.Salminen/J.Chem.Thermodynamics46(2012)80–85The CAN bus is the standard in vehicles and most industrial appli-cations.Industry groups have attempted to define the application layer with a set of standard messages,such as SAE J1939and CAN-open.None of them is focused on the functions of BMS,and therefore each OEM and BMS designer defines CAN messages differently[8]. However,standard device profiles for CANopen have been defined for a battery and a charger(CiA418/9).6.ConclusionsLithium ion battery technology has developed hugely in recent years.This is due to new lithium electrode materials which have improved the battery performance towards needed targets.The lifetime can be extended by using clever algorithms in a battery system and keeping the system temperature sufficiently low.The battery management system(BMS)is crucial for larger battery sys-tems.Lithium-ion cells are very susceptible to damage outside the allowed voltage range that is typically within(2.5to3.65)V for most LFP cells.Exceeding this voltage range results in premature ageing of the cells and,furthermore,results in safety risks due to the reactive components in the cells.This is why a proper battery management system monitoring individual cell voltages and tem-peratures is necessary.The chemistry,cell and system construction are under intensive development resulting in improvements of temperature tolerances and lifetime.The future development is towards increasing efficiency in materials and energy usage in pro-duction.Also the trend is to use less toxic materials and solvents in production.The recycling of materials is taken seriously and is also increasingly mandated by legislation.AcknowledgementsComments and support from cell development team and Mika Räsänen are gratefully acknowledged.References[1]D.Linden,T.B.Reddy(Eds.),Handbook of Batteries,third ed.,McGraw-Hill,New York,2002.[2]D.A.Scherson,A.Palencrar,Interface(Spring)(2006)17–22.[3]B.Ellis,Chem.Mater.22(2010)691–714.[4]B.Scrosati,J.Garche,J.Power Sources195(2010)2419–2430.[5]M.Winter,R.J.Brodd,Chem.Rev.104(2004)4245–4269.[6]J.M.Tarascon,M.Armand,Nature414(2001)359–367.[7]J.Salminen,D.Steingart,T.Kallio,Fuel cells and batteries,in:T.Letcher et al.(Eds.),Future Energy–Improved Sustainable and Clean Options for Our Planet, Elsevier-IUPAC,2008,pp.259–276.[8]A.Väyrynen,J.Salminen,Modular li-ion battery systems for electric and hybridpowertrains,in:ICPC2011,6th AVL International Commercial Powertrain Conference,Graz,Austria,25–26May2011.[9]<>.[10]D.Andrea,Battery Management Systems for Large Lithium-Ion Battery Packs,Artech House,Norwood,USA,2010.[11]A.Väyrynen,Control Criteria of an Electric Vehicle Battery Equalizing System,Licenciate’s Thesis,Helsinki University of Technology,Espoo,Finland,2008. JCT11-394A.Väyrynen,J.Salminen/J.Chem.Thermodynamics46(2012)80–8585。