LiCoO2_MCMB电池寿命预测及健康状态诊断方法研究

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1、博士学位论文LiCoO2/MCMB电池寿命预测及健康状态诊断方法研究STATEOFHEALTHDIAGNOSISANDLIFETIMEPREDICTIONMETHODOFLiCoO2/MCMBLITHIUMIONBATTERIES崔瑛志哈尔滨工业大学2017年10月国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：621.355密级：公开工学博士学位论文LiCoO2/MCMB电池寿命预测及健康状态诊断方法研究博士研究生：崔瑛志导师：尹鸽平教授申请学位：工学博士学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：

2、2017年10月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:621.355DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTATEOFHEALTHDIAGNOSISANDLIFETIMEPREDICTIONMETHODOFLiCoO2/MCMBLITHIUMIONBATTERIESCandidate：CuiYingzhiSupervisor：Prof.YinGepingAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngin

3、eeringSpeciality：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：October,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要建立合理有效的寿命预测模型和健康状态诊断模型是实现锂离子电池寿命及健康状态评价的有效手段，是确保电池高效可靠运行的关键技术。本文对LiCoO2/MCMB锂离子电

4、池寿命预测方法及健康状态诊断方法进行了研究。建立了可用于诊断电池衰减模式的仿真模型，具有宽适用性的多因素寿命预测模型，具有防误判功能的寿命终点预测模型，高效的动态等效电路健康状态诊断模型及具有实时性的新型等效电路健康状态诊断模型。研究了LiCoO2/MCMB锂离子电池寿命衰减模式，研究表明正极衰减模式包括正极荷电状态（SOC）移动造成的容量损失，正极极化造成的容量损失，正极材料结构衰退造成的容量损失。在任意循环次数下正极SOC移动均是正极衰减的主要原因。负极衰减模式有负极SOC移动造成的容量损失，负极极化造成的容量损失，负极材料

5、结构衰退造成的容量损失，负极界面阻挡层的阻挡效应造成的容量损失。在任意循环次数下负极界面阻挡层的阻挡效应均是负极衰减的主要原因。由于全电池容量受正极容量限制，正极SOC移动损失，正极结构损失，负极、正极极化和电解液动力学衰退是造成全电池容量衰减的共同原因。任意循环次数下正极SOC移动是造成全电池容量损失的最主要原因。通过加入电解液的方式可以使得老化后的电池容量大幅恢复。电池容量恢复的机制是正极SOC移动的恢复和负极阻挡层的溶解。基于电池的衰减模式建立电池衰减模式诊断模型模拟电池的充放电曲线，模拟结果和实验结果吻合程度较高，精度大

6、于95%。基于电池衰减模式建立的电池衰减模式诊断模型可以有针对性的提出指导锂离子电池电化学性能提高及寿命延长的有效方法，同时对寿命预测模型及健康状态诊断模型的建立具有指导意义。通过正交试验分析考察多衰减参数对锂离子电池经循环老化后可逆锂离子总量减少的影响，同时以衰减模式分析提供的造成LiCoO2/MCMB锂离子电池衰减的最主要因素为基础，建立锂离子电池多衰减因素循环寿命预测通用模型。研究结果表明上述建模过程合理有效，可以实现对锂离子电池的寿命预测，1500次循环预测4000次循环寿命的精度高于95%。按照当前锂离子电池表现的规律

7、预测电池寿命有可能造成寿命误判，研究表明开路电压（OCV）是锂离子电池寿命终点判断的有效特征判据，基于OCV特征变量对锂离子电池寿命阈值发生机制和演变原理进行了阐述，提出了基于OCV演变规律的寿命预测方法，有效避免了锂离子电池循环寿命终点的误判断（模型的准确率高达95%）。I哈尔滨工业大学工学博士学位论文电化学交流阻抗（EIS）研究表明全电池阻抗是正极及负极阻抗的耦合。利用全电池三电极体系对正、负极的阻抗特征进行分析可知，锂离子电池正、负极阻抗随着荷电状态、循环周期不断变化，同时负极阻抗存在中频区感抗圈。基于上述实验结果，建立了

8、优化的实时动态等效电路，基于实时动态等效电路法建立了一类新型锂离子电池健康状态诊断方法。实验数据和模拟数据对比结果表明动态等效电路阻抗参数识别方法及考虑开路电压随循环周期的演变提高了锂离子电池健康状态诊断模型的精度及可靠性，模型精度高于95%。锂离子电池健康状态