鋰離子電池電化學(xué)性能測試系統(tǒng)及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，新能源的開發(fā)應(yīng)用變得越來越重要，鋰離子電池由于其工作電壓高、比能量高、循環(huán)壽命長、無污染等優(yōu)點成為新能源領(lǐng)域研究的熱點，并在便攜式電子產(chǎn)品、電動自行車、儲能設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著鋰離子電池的快速發(fā)展，人們對電池的性能和質(zhì)量提出了更高的要求，電池性能和質(zhì)量的提高主要依賴電池組成材料的開發(fā)改進以及電池工藝的革新，而電池測試系統(tǒng)在電池研究中發(fā)揮著極其重要作用。
　　為了促進鋰電池發(fā)展，滿足鋰電池研

2、究中不斷提高的測試需求，論文研究并設(shè)計了一種多通道高精度鋰電池性能測試系統(tǒng)，其主要包含充放電測試模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、內(nèi)阻檢測模塊、擴展電路模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。通過研究電池充放電測試方法，提出了一種基于MOSFET負(fù)反饋型可編程精密恒流源的設(shè)計方法，實現(xiàn)了對電池恒流充電，恒壓充電和恒流放電的精確控制;為了滿足多種測試條件的需要，提高系統(tǒng)的通用性，提出了電池電流采集的寬量程設(shè)計，實現(xiàn)了恒流源多檔位高精度輸出以及電池電流的高精度采集，不僅能滿

3、足中小型容量鋰電池的研究需要，還能滿足面向材料的鋰電池研究需要;針對電池內(nèi)阻在線測量的難點，提出了一種利用鎖相放大技術(shù)提取微弱信號實現(xiàn)電池內(nèi)阻檢測的方法，為在特定條件下研究電池內(nèi)阻提供了條件。
　　測試系統(tǒng)是一個主從控制的實時多任務(wù)系統(tǒng)，控制過程十分復(fù)雜，在軟件設(shè)計上使用層次化，模塊化的設(shè)計方法，從項到下將各個軟件模塊整合起來構(gòu)成完整的測試系統(tǒng)。這種軟件設(shè)計方法，便于對整個開發(fā)過程的管理、程序的修改和整個系統(tǒng)功能的擴展、升級。論文

4、分別從嵌入式軟件和上位機軟件兩個部分討論了軟件的設(shè)計和構(gòu)成，單片機軟件基于C語言開發(fā)，主要實現(xiàn)測量控制和數(shù)據(jù)采集;上位機軟件基于LabVIEW開發(fā)，主要實現(xiàn)人機交互、主從控制和數(shù)據(jù)處理分析。
　　為了提高測試系統(tǒng)的精度和可靠性，論文對影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的各種因素進行了分析，分別從硬件和軟件兩個方面研究了提高系統(tǒng)可靠性的方法。為了驗證系統(tǒng)的性能和可靠性，論文對電池測試過程中獲得的恒流輸出值、電流采樣值、電壓采樣值和內(nèi)阻檢測值進行了數(shù)據(jù)對

5、比分析，實驗數(shù)據(jù)表明測試系統(tǒng)具有高精度、高可靠性。
　　高性能的電池發(fā)展最終依賴于電極材料，論文從電極材料研究的實際出發(fā)，借助現(xiàn)有測試條件，探索了高性能材料合成和改進以及它們在電池電極領(lǐng)域的應(yīng)用。NbOx由于其穩(wěn)定的循環(huán)性能，已經(jīng)引起電化學(xué)儲鋰方面的特別關(guān)注，通過油酸胺調(diào)控水熱合成NbOx納米顆粒，退火后獲得NbOx@C，將NbOx@C應(yīng)用于電池負(fù)極測試，實驗結(jié)果表明由于碳成分改善了電極材料的導(dǎo)電性以及活性物質(zhì)的利用率，對比NbO

6、x其具有更好的容量和循環(huán)性能。由于NiO具有很高的理論能量密度值，而使其成為最有潛力的電極材料，而某些納米NiO電極所表現(xiàn)出的循環(huán)性能并不理想，通過水熱法合成制備α-Ni(OH)2微球，并在不同的溫度下(450℃、600℃和750℃)退火獲得相應(yīng)的NiO矩陣(NiO-450、NiO-600和NiO750)，將獲得的NiO矩陣應(yīng)用于電池負(fù)極測試，實驗結(jié)果表明NiO-600和NiO750由于納米顆粒結(jié)構(gòu)的變化表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能，表明電極材