高比能量锂离子电池性能衰减机制、寿命预测及耐久性管理技术基础

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1664255
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    225.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The life decay problems have been the critical factor restricted the applications of the high-energy lithium-ion batteries (LIBs). Currently, empirical formula fitting based onexperimental data is mainly employed as the life prediction method of LIBs. However, study on thecorrelation between the battery performance decay and the electrochemical characteristics variation of electrode is rarely reported. This project takes into account from the performance decay mechanisms of coin-type battery and commercial unit cell to the durability management of battery system. Based on themicroscopic properties such as compositional and structural changes of electrode materials and electrode/electrolyte interface, and macroscopic characteristics such as capacity and resistance, combined with in situ/ex situ measurement, we study the performance decay mechanism of LIBs; the influence of single stress to commercial batteries; the coupling mechanisms of each single stress and the corresponding relationship between internal electrochemical reactions and the change of battery external characteristics during the battery capacity degradation process. Based on the researches above, we put forward battery cell accelerated lifetime testing methods, battery lifetime prediction methods based on the fusion of battery aging state identification and data-driven methods. Then we explore the evolution rules of the inconsistencies among battery cells in the different grouping patterns and establish the battery system lifetime prediction model. By studying optimizing and control methods of battery system thermal field, we put forward the charge/discharge-thermal field coordinated control strategy, eventually realizing the aim of durability optimizing management of the battery system.
高比能量锂离子电池的寿命衰减问题已成为其应用的重要制约因素,目前锂离子电池寿命预测方法主要是基于实验数据的经验公式拟合,而对于电池性能衰减与材料电化学特性变化规律的相关性研究尚浅。本项目按照原理电池和商用电池单体性能衰减机制到电池系统耐久性管理的研究思路,从电极材料和界面的组成结构变化等微观属性与电池容量、阻抗演变规律等宏观属性的角度出发,采用原位和异位观测相结合的测试手段,研究高比能量三元锂离子电池性能衰减机理,研究单应力对商用电池寿命的影响及各应力的耦合机制,研究电池衰减过程中电化学反应过程与外特性参数变化之间的对应关系,提出电池单体加速寿命试验方法、老化状态识别-数据驱动融合的寿命预测方法;探索不同成组方式下各电池单体间的作用机制及不一致性变化规律,建立电池系统寿命预测模型,研究电池系统热场优化控制方法,提出充放电-热场协同优化控制策略,最终实现电池系统耐久性优化管理的目标。

结项摘要

为缓解环境危机,新能源车辆已被列入我国七大战略新兴产业,是“中国制造 2025 ”的重要组成部分。高性能锂离子动力电池作为新能源车辆的关键技术,其寿命衰减问题已成为其应用的重要制约因素。本项目采用原位和异位观测相结合的测试手段,从材料基础科学问题出发,研究了锂离子电池用不同体系高容量电极材料的容量衰减机理,提出正负极活性材料损失和锂离子损失对电池容量衰退的影响;进而研究了商用锂离子电池在温度、倍率和SOC区间等应力下的衰退机理,提出了电池健康状态多指标表征参数体系,建立了电池寿命衰减模型,并基于分区间循环建立了电池寿命快速评估方法;基于电池寿命测试以及特征参数演变规律,提出了老化状态识别-数据驱动融合的寿命预测方法,以可用能量为依据提出了锂离子电池系统性能衰减规律、健康状态估计和寿命预测方法;研究了电池的产热特性,基于电池电学模型和热学模型,建立了简化的频域热电耦合模型,提出电池一致性控制方法和均衡策略。最后,综合考虑电池系统衰减规律和寿命模型,提出电池耐久性充放电管理策略,搭建了广义电池管理系统,为高比能量锂离子电池安全稳定运行提供了夯实的理论依据和保证。

项目成果

期刊论文数量(48)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
High-Temperature Storage Deterioration Mechanism of Cylindrical 21700-Type Batteries Using Ni-Rich Cathodes under Different SOCs
不同SOC下富镍正极圆柱21700型电池高温存储劣化机理
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c20835
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Daozhong Hu;Qiyu Zhang;Jun Tian;Lai Chen;Ning Li;Yuefeng Su;Liying Bao;Yun Lu;Duanyun Cao;Kang Yan;Shi Chen;Feng Wu
  • 通讯作者:
    Feng Wu
Riveting Dislocation Motion: The Inspiring Role of Oxygen Vacancies in the Structural Stability of Ni-Rich Cathode Materials
铆接位错运动——氧空位对富镍正极材料结构稳定性的启发作用
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c10010
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Su Yuefeng;Zhang Qiyu;Chen Lai;Bao Liying;Lu Yun;Shi Qi;Wang Jing;Chen Shi;Wu Feng
  • 通讯作者:
    Wu Feng
Control Strategies and Economic Analysis of an LTO Battery Energy Storage System for AGC Ancillary Service
AGC辅助服务钛酸锂电池储能系统控制策略及经济分析
  • DOI:
    10.3390/en13020505
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Energies
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Bingxiang Sun;Xitian He;Weige Zhang;Yangxi Li;Minming Gong;Yang;Xiaojia Su;Zhenlin Zhu;Wenzhong Gao
  • 通讯作者:
    Wenzhong Gao
Ethoxy (pentafluoro) cyclotriphosphazene (PFPN) as a multi-functional flame retardant electrolyte additive for lithium-ion batteries
乙氧基(五氟)环三磷腈(PFPN)作为锂离子电池多功能阻燃电解质添加剂
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2017.12.085
  • 发表时间:
    2018-02-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF POWER SOURCES
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Li, Xi;Li, Weikang;Wu, Feng
  • 通讯作者:
    Wu, Feng
A Temperature and Current Rate Adaptive Model for High-Power Lithium-Titanate Batteries Used in Electric Vehicles
电动汽车用大功率钛酸锂电池的温度和电流速率自适应模型
  • DOI:
    10.1109/tie.2019.2955413
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • 影响因子:
    7.7
  • 作者:
    Chen Anci;Zhang Weige;Zhang Caiping;Huang Weinan;Liu Sijia
  • 通讯作者:
    Liu Sijia

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其他文献

电池柔性成组储能系统故障冗余控制策略
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.172169
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋峻竑;张维戈;梁晖;姜久春
  • 通讯作者:
    姜久春
锂离子动力电池热老化的路径依赖性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马泽宇;姜久春;张维戈
  • 通讯作者:
    张维戈

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电动汽车锂离子动力电池优化充电技术基础研究
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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