篇1：面试题锂离子电池 动力电池

电池职业面试题

 

1.现在商场上首要有那几种电池？ 从体积能量密度、环保性等方面论述他们的特点。铅酸铵电池：能量密度低，体积较大。含污染环境的重金属铅。镍镉电池：能量密度不高，含有有毒金属元素镉。

 

镍氢电池：能量密度较高，环保性好，不再运用有毒的镉。锂电池：能量密度较高。绿色环保。

 

2.锂离子电池的正极材料首要有哪几种？并剖析他们的优缺陷

 

钴酸锂长处：作业电压较高，充放电平稳，比能量高，电导性好，工艺简略。钴酸锂缺陷：抗过充电性较差，价格昂贵（钴），循环功用有待进步，热安稳性差。

 

锰酸锂长处：锰资源丰富、安全性高，比较简略制备。

 

锰酸锂缺陷：材料抗溶解性低，深度充放电进程易发生晶格畸变，构成电池容量的迅速衰竭。

 

三元材料（钴镍锰酸锂）长处：高温安稳性好，抗电解质腐蚀性好。三元材料（钴镍锰酸锂）缺陷：充放电时晶格也简略畸变。

 

磷酸铁锂长处：高安稳性，安全可靠。

 

磷酸铁锂缺陷：导电性一般，电极材料运用率低。

 

3.碳酸锂在锂电池职业的运用是什么？相关的上市出产企业有那几个？

 

碳酸锂是正极材料、电解液、金属锂的根底原材料。是锂电最首要的根底材料。

 

天齐锂业

 

西藏矿业

 

中信国安

 

路翔股份

 

赣锋锂业

 

4.从电解液的材料本钱来看，电解液的首要中心材料是什么? 国内出产企业有那几个? 从材料本钱的视点看，六氟磷酸锂是电解液的中心材料，10 吨电解液需求1-1.25 吨 六氟磷酸锂，但所占电解液总本钱却高达60%以上。

 

2011 年之前，国内只要天津金牛能出产六氟磷酸锂，产能为400 吨/年。上市公司中多氟多已于2011 年初开端试出产，4 月份全面投产，产能到达200 吨/年；九九久5 月底400 吨/年六氟磷酸锂项目也进入试出产阶段，江苏国泰的300 吨/年的项目仍处于中试阶段。

 

5.国内电动自行车电池首要有哪几种?他们别离占有的商场份额大约是多少？

 

高达89% 选用铅酸电池，镍氢电池仅8%，锂离子及其它电池仅3%，预估未来将改 以锂离子电池为主。

 

6.出产、研制动力电池的国内企业首要有那些？

 

天津力神电池股份有限公司

 

深圳市芯动力精电电子科技有限公司 姑苏星恒电源有限公司

 

上海恒动轿车电池有限公司

 

赛恩斯动力科技有限公司

 

合肥国轩高科动力动力有限公司

 

深圳市北虎电池科技有限公司

 

江西省福斯特新动力有限公司

 

深圳市科普仕动力有限公司

 

北京中芯优电信息技能有限公司

 

东莞市翔度电池有限公司

 

中聚雷天动力电池有限公司、北京中润恒动动力电池有限公司

 

比亚迪

 

深圳比克

 

哈尔滨光宇

 

7.电池隔阂的首要作用是什么？论述一下国内电池隔阂的现状。

 

电池隔阂是指在电池正极和负极之间一层隔阂材料，是电池中非常要害的部分，对电池安全性和本钱有直接影响，其首要作用是：隔离正、负级并使电池内的电子不能自在穿过，让电解质液中的离子在正负极之间自在经过。

 

锂电池本钱中，隔阂约占20%，但毛利率却高达70%，是动力锂电池中盈利才能最强电池材料部分。

 

现在国内隔阂商场80％以上被美、日进口产品占据，国产隔阂首要在中、低端商场运用。我国高品质隔阂尚待打破。现在国内佛塑金辉高科、东莞星源科技、河南新乡格瑞恩、中科来方等厂商已可供给小型锂电池用隔阂，价格只要进口隔阂的1/3~1/2，采货周期也相对短些，但国产隔阂的厚度、强度、孔吸率不能得到全体兼顾，且量产批次均匀性、安稳性较差。国产隔阂正逐步进入中低端商场进口产品替代阶段，一起，少数产品现已进入高端商场。

 

8.前段时刻发生了铅酸铵电池出产企业的污染水源事件（血铅事件）。谈一谈我国现在铅酸铵电池职业的现状，以及未来有哪些出资机会。

 

全国规模近2000 家铅酸电池企业，因为血铅事件，共有583 家企业被撤销，比例到达30%。此外，还有50%的企业被停产整理，仅13%的企业能够正常出产。

 

从中期看，铅酸电池新批产能项目将变得非常困难，首要因为：1）各省市重金属排放施行严厉的总量操控；2）铅蓄电池项目审批施行终身问责制；3）铅污染事故仍在延伸。新建出产线需求1～1.5 年的时刻，短期内供需难改进。现在在出产的铅酸电池厂，仍存在环境污染隐患，职业整治仍将持续，商场会集度将持续进步。现在动力电池现已提价近20%，毛利率到达40%以上。

 

关于未停业整理的龙头企业，有利于工业整合。其他有利于推进具有环保类型的电池展开，比方锂电和镍氢电池。

 

篇2：面试题锂离子电池 动力电池

1.1 抱负的车用锂离子电池正负极材料要求

 

电池材料的物理结构和化学组成决议了它的功用,抱负的车用锂离子电池材料应具备以下特征:(1)具有层状或隧道的晶体结构,以利于锂离子的嵌入和脱出,以确保锂离子电池的循环寿数;(2)充放电进程中,应有尽或许多的锂离子嵌入和脱出,使电极具有较高的电化学容量;(3)在锂离子进行嵌脱时,电池有较平稳的充放电电压;(4)锂离子应有较大的分散系数,以削减极化构成的能量损耗,确保电池有较好的快充放电功用;(5)材料应价格便宜,对环境无污染,质量轻,可回收。1.2 车用锂离子电池正极材料

 

现在锂离子电池正极材料首要有:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、磷酸铁锂等,负极材料首要有石墨、钛酸锂等。不同锂离子电池正极材料功用比较见表1。

 

从整车安全和电池本钱考虑,磷酸铁锂是最有或许在轿车用动力电池上运用的锂电池正极材料,其长处有:(1)安全性好:安稳,即便在过充电状况下也不会发生游离氧,不好电解液反响;能够放电到0 V,电池无大的损害;与有机电解液反响活性低;热力学安稳状况, 400 ℃以下无改动。

 

(2)安稳性高:充放电进程中,晶体结构不会发生改动;三维结构, L i +二维移动,利于锂的嵌入;充电电压低,电解液更安稳,电池副反响少;循环寿数长。

 

(3)环保:整个出产进程清洁无毒,一切质料都无毒。

 

(4)价格便宜:磷酸盐选用磷酸源和锂源以及铁源为材料,价格便宜。但磷酸铁锂材料也存在以下缺陷:(1)导电性差:磷酸铁锂不能得到大规模运用的首要问题,需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒,或颗粒外表包覆导电碳材料,进步材料的电子电导率。

 

(2)振实密度较低:一般只能到达1.3～1.5,该缺陷决议了在小型电池如手机电池等没有优势,首要用来制造动力电池。

 

(3)电压渠道低:一般为3.2 V。

 

现在锂铁电池正极出产技能有以下三种:(1)在粉体颗粒外表以碳元素涂布;(2)用金属氧化物包覆颗粒;(3)选用纳米制程技能细化材料颗粒,使之微粒化。车用锂离子电池体系

 

车用锂离子电池体系一般由电芯及电池组、电池办理体系(BMS)、高压电安全体系(直流触摸器、熔断器、预充电电阻)、冷却体系和检测单元(电流传感器、电压传感器和温度传感器)等组成,如图1所示。

 

2.1 电芯及电池组

 

一个典型的锂离子电芯首要包含正极片、负极片、正负极集流体、隔阂纸、外壳及密封圈、盖板等,常用电芯形状首要有圆柱形和方形。

 

为了满意整个电池体系的电压、能量和功率要求,电池组一般是由若干个电芯依照串联或并联的办法组合起来,每个电芯之间由导线衔接,一起,为了对电芯的温度、电流、电压、荷电状况(SOC)等信息进行实时监测,又能够把电池组分红若干个模块,各电芯和模块之间以必定办法科学合理组合,确保整个电池组的电功用、热平衡和散热要求。2.2 电池办理体系BMS 电池办理体系(BMS)用来监控和维护电池的运转状况,应该能精确检测电池的参数,包含:单体电压、模块电压、电流、温度。运用电池模块和电池体系的信息核算并陈述荷电状况SOC,寿数状况SOH(State Of Health),当时可用充放电功率,并执行对触摸器的操控。BMS体系由BMU(Battery Module Unit,又叫CECU, Center Electronic Controller Unit), CSC(Cell Supervising Circuit,又叫LECU, Local Electronic Control Unit)、触摸器、预充电电阻、保险丝、电压传感器温度传感器,以及电流传感器等模块组成。图2显现了电池及其办理体系与外部衔接的典型例子。

 

在BMS中, CSC首要功用有:(1)单体/模块电压收集:一个模块由若干个电池单体串并联组成,并由一个CSC监控,每个CSC收集模块内各个单体的电压和整个模块的电压;(2)模块内平衡: CSC依据判别模块内各个单体的电压,一般是经过电阻放电的形式,消除模块间容量的差异;(3)电池模块温度检测: CSC丈量若干点模块内电池的温度;(4)CAN通信: CSC将收集到的数据上传给BMU。BMU首要功用有:(1)体系电压丈量: BMU收集整个体系的总电压;(2)电流丈量: BMU收集整个体系的电流,一般经过分流器(shunt)或许霍尔器件(Hall);(3)绝缘检测: BMU 丈量电池组对车身地(vehicle chassis)之间的绝缘电阻,可经过三电压法等办法;(4)SOC猜测功用:在实时充放电进程中,能在线监测电池组容量,能随时给出电池组整个体系的剩余容量百分比;(5)SOH猜测功用:依据实践的运转累积状况,给出蓄电池组的当时容量,内阻,循环寿数,日历寿数等;(6)可充放电功率核算: BMU经过不同SOC,温度来核算当时整车能够放电和充电的功率;(7)毛病维护:过电流、过压、欠压、过温、单体间电压/温度不平衡。在以上毛病呈现时, BMU通知给VMS整车办理体系,请求降功率运转或关断充放电回路;(8)预充电: BMU在闭合高压触摸器时,先对高压母线预充电;(9)模块间平衡: BMU经过命令操控CSC,来补偿不同模块间的容量差异;(10)热办理: BMU经过电池温度,完结对散热设备的操控(如风冷,操控电扇的转速);(11)通讯功用: BMU选用CAN总线的办法别离与子体系模块、VMS整车办理体系及充电器进行通讯;(12)充电器操控: BMU操控充电器的输出,并监测整个充电进程。

 

2.3 电池安全及高压电 2.3.1 电池安全

 

关于车用锂离子电池,国标和美国先进电池协会(USABC)有严厉的乱用功用测验要求及测验项目。乱用测验功用等级要求从1到7级,当等级大于2级,电池即遭到了不行修正的损坏。乱用测验项目分为3大类,包含机械、热和电乱用一共16个项目。每个量产的电池产品都有必要完结以上乱用测验。

 

假如车用锂离子电池体系运用不当,如过充、过放、过热、磕碰等条件下或许发生以下安全隐患:(1)内部短路,运用钴酸锂的锂电池在过充时(乃至正常充放电时),锂离子在负极堆积构成枝晶,刺穿隔阂,构成内部短路;(2)发生大电流,包含外部短路时,电池瞬间大电流放电,发生巨大热量,内部短路,隔阂穿透,温度上升,短路扩展,构成恶性循环;(3)气体排放,如有机电解液在大电流,高温条件下电解,发生气体,导致内压升高,严峻时打破壳体;(4)焚烧,金属锂在壳体决裂时与空气触摸,导致焚烧,一起引燃电解质发生爆破。如图3所示。

 

因而在规划车用锂离子动力电池体系时,应从电池材料(包含正负极材料、隔阂、电解液)、电芯的规划和制造(包含电池结构、安全规划、均一性)、电池体系的安全功用(包含电池办理体系、热办理体系、高压安全、外壳等)、整车安全功用等不同层面进行研讨和剖析,确保其在车上的安全运用。2.3.2 高压互锁回路HVL 车用锂离子电池体系规划时,电池办理体系要供给一个手动开关,手动开关内部集成主回路的保险丝及主回路的高压互锁电路。当手动开关从电池体系中拔出,此刻要确保电池体系的输出端没有任何潜在的危险电压。电池办理体系一起要为充电器供给另一个高压互锁电路。电池办理体系要实时监控高压动力母线以及充电器的高压互锁电路,电池办理体系供给高压互锁电路的输出源,一起在CAN网络上给出当时的高压互锁电路的监控信息。一切的高压部件都应供给高压互锁的衔接设备,这些高压互锁衔接设备经过串行办法进行衔接。2.3.3 绝缘电阻丈量

 

电池办理体系要实时丈量高压动力母线正负极和车身的绝缘电阻状况,并经过CAN总线上报当时的绝缘电阻值。假如当时丈量的绝缘电阻值小于设定值,如关于最高电压400V左右的体系,绝缘电阻为400 KΩ时,电池办理体系要给出报警信号,假如当时丈量的绝缘电阻值小于设定值,如200 KΩ,电池办理体系要给出危险信号并堵截一切的主触摸器。2.3.4 磕碰安全

 

车辆在行使进程中,磕碰是不行防止的。出于安全考虑,电池体系主回路上有必要安装磕碰开关,且要求车用锂离子电池办理体系的正极、负极主触摸器及预充电触摸器的电源由磕碰开关供给。一起,电池办理体系需求操控正极、负极主触摸器及预充电触摸器的电源负极。

 

当磕碰开关断开后,正极、负极主触摸器及预充电触摸器的电源会被堵截。2.4 电池热办理体系

 

依据不同的油电混合程度以及纯电动续驶路程,车用锂离子电池体系不管是功率、能量仍是体积、重量都有所不同。当车辆在不同运转工况下,电池体系因为其自身有必定的内阻,在输出功率、电能的一起发生必定的热量,使电池温度升高,当电池温度超出其正常作业温度区间时,有必要限功率作业,否则会影响电池的寿数。为了确保电池体系的电功用和寿数,车用锂电池体系都有必要具有热办理体系。在规划电池热办理体系时,一般的要求有:(1)电池满功率作业的温度区间界说,电池降功率作业区间界说;(2)电池低温启动功用要求;(3)电池隔热功用;(4)电池主动制冷和主动制热功用;(5)制冷和制热计划,如风冷或液冷。

 

风冷计划规划首要考虑电池体系结构的规划,风道,电扇的方位及功率的挑选,电扇的操控战略等。液冷计划规划首要考虑冷却管道,流场,进出口冷却剂的流量、温度、压降。水泵及整车空调压缩机的操控战略等。

 

2.5 电池体系外形规划及布置

 

依据轿车制造企业的要求进行规划,因不同的车型和可用空间巨细要求而规划,形状可适当灵敏规划,一般做成一个全体比较好,有利于电池的热办理,下降本钱,进步电池的热均衡性,进步电池的寿数。关于乘用车,一般放置方位在车身底盘、车后座椅及后备箱之间或备胎空间里。车用锂离子电池体系首要国内外供货商

 

国外首要的车用锂离子电池供货商及主推体系、协作企业相关信息见表2。

 

从展开趋势看,大型动力锂离子电池企业与大型轿车公司协作开发车用动力电池体系已成为潮流。强强联手一方面将加强动力电池开发的本钱实力,保障了工业化所需求的资金,另一方面加速了轿车与动力电池的接口融合,将加速其工业化。锂离子电池体系存在的技能难题和处理办法

 

锂离子电池是未来车用动力电池的首选技能。但锂离子电池依然处于实验、限量出产水平,短期运用还存在危险, 锂离子电池运用到混合动力车上面对的首要应战是产量和可靠性,包含寿数和潜在安全问题,然后导致电池出产商和轿车制造商一起面对很大的经济危险,许多化学和电池组织正在进行该项研讨。如图4所示,关于混合动力车,运用寿数、作业温度规模和价格还有很大应战,但在延伸运用寿数方面现已取得了显着展开并仍在持续。

 

关于电动车用电池, 运用寿数、作业温度规模和价格依然有很大的应战,其他能量密度和比能量也存在应战,如图5所示。为了到达能量需求方针,在先进的电极方面有必要有大的展开和打破。

 

其他,包含锂离子电池体系的高压安全、电池材料的回收、电池充电技能等也还面对着很大的应战。展望

 

现在全球电动车电池技能展开有两大方向:一是从现有的二次电池加以改进,另一则是开发新的燃料电池。现在车用动力电池多数仍停留在价格相对便宜的铅酸电池等传统产品上,但跟着技能打破和出产本钱有用操控,锂电池质轻、续航路程长以及高能量密度和输出功率的优势逐渐浮现,长时刻来看将成为展开干流,整车厂与锂离子电池出产厂商协作一起开发电池体系是必然趋势。

 

但在锂离子电池体系自身存在的价格、寿数、安全等首要问题处理之前,其在新动力轿车上的大规模运用还需求2～5年。

 

锂电池现状：低端饱满高端缺乏

 

到2014年，全球轿车用锂电池商场的规模将上升至248亿美元，比2008年添加215倍。现在70%的锂离子电池运用于手机和笔记本电脑，跟着混合动力车和电动轿车的普及，全球新动力轿车商场有望急速扩展，各国也开端参加到这场事关本国未来新动力轿车展开的“锂电大战”之中。现在世界上在新动力车技能上走在前列的是日本、德国以及美国。我国锂电池厂家虽然数量并不比国外逊色，可是真实能出产出高品质锂电池的企业并不多。

 

上一年，上汽集团调查了全国的锂电池厂，终究下定决心和美国A123公司协作，原因便是在国内简直没有能够满意轿车需求的电池。我国锂电池厂的规模并不小，例如，在锂电池技能范畴，比亚迪、力神集团、深圳比克电池等企业，都置身于锂电池的深度研制。在新动力轿车范畴，不管是上游仍是中游和下游，国内现已涌现出一大批勇敢的“试水者”。其间，比亚迪、奇瑞、长安现已开端进入新动力轿车的工业化阶段，中游和上游企业如宁波杉杉、浙江万向、科力远（600478）和中信国（000839）、西部矿业（601168）等，也在加速步伐改进原材料的出产工艺水平，以进步质量，添加产能。可是，之所以仍是会呈现上汽事件，“那是因为我国的锂电池厂家根本上都是在低端电池上下时刻，真实迈入高端科技的厂家很少。”恒正科技姑苏公司董事长董明如是说。究其原因在于，手机、笔记本用锂电池技能简略，而车用锂电池则是一项复杂的工艺。没有高额出资和先进的技才能量，成功研制车用锂电池很难。

 

现在业内的干流观念以为，新动力轿车将沿着 “镍氢-锂电-燃料电池”工业化途径展开。因而，不管怎么，锂电池都是有必要阅历的阶段。而我国现在的最大症结，董明以为是低水平重复建造。

 

1、一般来说，满意轿车需求的锂电池，成品率应该在60%以上，成品率能够到达80%的，就能够盈利，假如能到达90%的成品率，则能够完结40%的毛利。而国内现在的均匀水平也只能到达60%的成品率，一旦新动力轿车许多出产，我国现在的锂电池商场是无法满意需求的。说到这儿就不难理解，为什么分明未能满意需求的车用锂电池，却被专家称产能过剩。

 

2、国内现在做得较好的电池企业，当属比亚迪，它是现在国内仅有掌握车用磷酸铁锂电池组规模化出产技能的企业，该技能在世界上也处于抢先地位，比亚迪纯电动车E6和混合动力车F3DM已正式推出搭载其自主研制的锂动力电池。可是，除了比亚迪、风帆股份（600482）这样少数的几家资金雄厚的企业外，如前所述，大多数的企业还都在低端范畴徜徉，因而，我国的锂电池商场就变成了低端产能过剩，高端供不应求。

 

3、调查一个锂电池厂是否具备良好条件，除了资金实力之外，技能水平很重要。而调查技能水平一个重要的规范是，电池的材料和设备是厂家提规范仍是供货商提规范。我国现在的商场现状是，根本上都是供货商在提规范，因而厂家很被动，不能完结真实意义上的独立研制、立异。

 

4、一般来说，要想成功出资一家锂电池出产厂，高端的至少需求三五个亿，现在，我国是三五百万就发家了，许多人都想着等赚钱了再出资扩展规模。实践上，三五百万发家和三五个亿发家相差很远。人员、装备、技能、环境的不同，导致了我国的锂电池成品率低。日本之所以走在锂电池出产的前沿，是因为日本的设备后期维护人员都会参加到设备研制的环节，对设备的结构和运用了如指掌，而我国设备根本上都是依托进口，就导致了后期办理的不完善，对设备的运用和保养不到位，使得电池的成品率也无法跟上，更别谈高端出产品牌竞争力，在我国现在这样的大环境下，后期成长较难。

 

5、除了资金和技能要素之外，对商场的了解和把握也决议着出资者出资的成败。比方说，原材料的购买，商场的需求才能等。十年前，美国、德国和日本就现已完结了锂电池革新，现在世界抢先的技能都在这几个国家。现在他们想要转战我国商场，因而引来我国商场的热捧，对此，经济学家郎咸平一度称，这是一场阴谋。高污染的事都让我国做了，发达国家直接享受干净的电池，实践上是对我国资源的掠夺和环境的伤害

 

6、锂电池中心材料依赖进口也是我国企业面对的一个问题。现在锂电池的中心材料隔阂和电解质里的盐，我国都是依赖进口，这样的话，和国外比较，一是本钱较高，二是假如呈现断货，我国商场的许多出产就要遭到影响。因而处理好这个问题，企业才能进一步出产。

 

7、其他便是资源，出产一台电动轿车，需求200斤左右的锂电池，需求消耗大约60公斤的磷酸铁锂，假定年产100万辆电动轿车，那么就需求6万吨磷酸铁锂，可是现在全球可查的磷酸铁锂产能是1500吨，因而缺口很大，让人们对未来不免有些担忧。正因如此，所以磷酸铁锂的赢利很高，高达70%。

 

我国现在的锂电池出产首要会集在京津区域、山东、江西、深圳，上一年最热的山东区域，现在也安静许多。董明称，只要出资，没有产出，让山东的出资看起来并不美丽。现在最热的江西区域也是，江西的优势在于有锂矿，可是假如办理、技能跟不上，锂电池工业园也无法让人乐观。

 

篇3：面试题锂离子电池 动力电池

industry

 

point

 

本文针对动力型锂离子电池隔阂技能范畴我国专利的整体展开趋势、首要请求人及部分省份专利请求状况进行剖析, 经过对数据的客观剖析来把握我国动力型锂离子电池隔阂范畴的竞争态势, 提出引入动力型锂离子电池隔阂工业立异资源、安排展开动力型锂离子电池隔阂要害共性技能攻关、树立动力型锂离子电池隔阂工业专利预警渠道等主张, 为动力型锂离子电池隔阂范畴的研制组织和企业拟定战略布局供给决议计划参阅。

 

作为一种节能与环保偏重的新动力产品, 动力型锂离子电池现已成为新动力轿车的干流动力电池产品。隔阂作为锂电池的四大要害元件 (正极、负极、隔阂、电解液) 之一, 在电池中起着阻隔正负极电子电导, 答应电解液离子自在经过然后完结离子传导的重要作用, 是电池容量、循环才能和安全功用的重要决议要素。专利是衡量技能立异才能的重要标志, 经过专利剖析能够猜测科技展开趋势、剖析研讨潜在商场、确认技能展开方向。为了更好地服务于动力型锂离子电池隔阂工业展开的需求, 本文展开动力型锂离子电池隔阂我国专利剖析, 提醒隔阂范畴立异资源的散布状况及特征, 为国家、企业拟定技能战略布局供给决议计划参阅。

 

动力型锂离子电池隔阂我国专利数据剖析

 

专利数据来自国家知识产权局我国专利数据库, 结合题名、摘要、要害词、IPC分类、德温特手艺代码的字段进行检索, 检索式为: (名称= (隔阂or隔离膜) or摘要= (隔阂or隔离膜or复合膜or多孔膜or微孔膜or编织膜or (复合and膜) or纤维膜) or分类号= (H01m2/14 or h01m2/16 or h01m2/24 or H01m10/052 or h01m10/0525or B01D39/16 or C08G73/10 or C08J5/22 or C08J9/00 or C08J9/26 or B29C67/20 or B29C69/00 or B29C65/00 or B01D71/26 or B01D69/02 or B32B27/32 or D04H1/728 or D01D5/04 or B29C47/50 or C04B35/622 or C04B35/447 or B29C55/02) ) and摘要= (锂and电池) and ( (名称=动力or功率or电动or车or交通or高容量or高能量密度or高比容or倍率功用) or (摘要=动力or功率or电动or车or交通or高容量or高能量密度or高比容or倍率功用) ) , 经过批量去噪和人工阅览去噪, 到2015年6月30日, 共检索到动力型锂离子电池隔阂范畴相关我国专利191件。

 

整体趋势

 

图1提醒的是动力型锂离子电池隔阂我国专利请求量的年度改动趋势。从图中能够看出, 动力型锂离子电池隔阂的相关技能从21世纪开端在我国零散呈现;2003年至2007年期间, 隔阂技能的专利请求量在6~8件不断动摇;2008年至今是动力型锂离子电池隔阂技能的快速成长时刻, 2013年专利请求量到达了一个较高的水平 (专利一般从请求到揭露需求长达1至3年的时刻, 因而图1中的数据截止至2013年) , 这与国家近来对电动轿车工业的大力扶持有着密切的联系。整体来说, 在对动力型锂离子电池的研讨进程中, 对隔阂的关注度相对缺乏, 隔阂专利的请求量比较其他几大要害元件而言仍处于较低的水平, 未来展开潜力还有待进一步挖掘。

 

以年度专利数量为横坐标, 年度专利请求人数量为纵坐标, 制造出如图2所示的动力型锂离子电池隔阂我国专利技能生命周期图。我国的动力型锂离子电池隔阂阅历了2000-2007年的技能萌芽期, 专利数量和请求人数量均很少;2008年开端进入隔阂专利技能成长时刻, 这一阶段的专利数量和请求人数量开端快速上升, 越来越多的科研组织和企业竞相投入展开, 技能竞争日趋激烈, 标明我国对隔阂工业投入的热情不断升温, 预计隔阂专利请求量将呈现稳步添加的态势。

 

请求人剖析

 

图3给出了动力型锂离子电池隔阂范畴专利请求组织活泼图。现在, 现已有105家国内外企业或个人在我国请求了动力型锂离子电池隔阂方面的相关专利, 具有6件以上企业仅有7家, 其专利总和占隔阂方面专利总量的32%;具有2~5件企业有29家, 其专利总和占到隔阂方面专利总量的36%;而具有专利量小于2件的企业共有69家, 专利总和占32%。这阐明现在动力型锂离子电池隔阂是一个充满活力的技能范畴, 专利涣散在众多企业中, 没有呈现具有显着抢先优势的企业。

 

从图4中能够看出, LG化学株式会社以11件专利排名居首, 占动力型锂离子电池隔阂专利总量的5.73%;深圳市旭冉电子有限公司、上海乾呈玩具科技有限公司别离以10件专利并排第二;紧随其后的是青岛生物动力与进程研讨所、东丽株式会社、东丽东燃机能膜协作会社、韩国SK动力, 别离请求了8件专利。整体来说, 排名前十一位的企业中有2家韩国企业、4家日本企业及5家我国本乡企业, 阐明韩国和日本非常重视在我国商场进行动力型锂离子电池隔阂范畴相关专利的请求和布局, 对隔阂技能的维护力度很大。

 

部分省份专利请求状况剖析

 

图5显现了部分国家和区域在我国请求动力型锂离子电池隔阂专利的状况。从图中能够看出, 在我国商场布局的国家和区域首要来自我国本乡、日本、韩国、美国和德国的组织, 其间, 来自日本组织的我国专利高达45件, 来自韩国组织的我国专利为22件, 国外组织的专利请求量占我国隔阂专利请求总量的39.58%。来自我国本乡组织的专利请求中, 广东以36件排名首位, 上海以18件位列第二, 北京和山东紧随其后。整体来看, 广东抢先地位显着, 其他几个城市技能实力间隔不大。

 

结语

 

从专利剖析成果来看, 动力型锂离子电池隔阂范畴的我国专利从21世纪开端零散呈现, 起步与全球专利比较晚了近三十年。在国家对电动轿车工业的扶持下, 越来越多的科研组织和企业竞相投入展开, 隔阂专利规模不断增大。现在, 动力型锂离子电池隔阂方面的我国专利散布较为涣散, 未呈现具有显着抢先优势的企业。国外来华请求触及的组织包含韩国LG化学株式会社、韩国SK动力、日本东丽东燃机能膜协作会社、日本东丽株式会社、日本旭化成株式会社以及日本瑞翁株式会社, 阐明韩国和日本非常重视在我国商场进行动力型锂离子电池隔阂范畴相关专利的请求和布局。因而, 我国有必要尽快拟定动力型锂离子电池工业专项展开规划, 确认隔阂工业技能路线图, 采取强有力的推进办法, 抢占商场先机, 加速动力型锂离子动力电池隔阂职业的展开。

 

(1) 引入动力型锂离子电池隔阂工业立异资源

 

树立高层次动力型锂离子电池隔阂范畴人才的引入、培养和选拔机制, 规划建造动力型锂离子电池隔阂特色工业园区, 为隔阂工业立异资源的集聚供给渠道。活跃引入隔阂范畴的科研和工业化领军人物及相关组织, 与国外领军企业和研讨组织展开战略协作, 树立技能开发协作渠道, 选用自主立异与引入消化吸收再立异相结合的办法, 取得共性和要害技能问题的打破, 构成区域工业优势, 推动工业可持续展开。

 

(2) 安排展开动力型锂离子电池隔阂要害共性技能攻关

 

树立动力型锂离子电池工业展开严峻专项, 加大对隔阂中心要害技能研制的投入, 推动产学研联合科技攻关, 搭建以企业为主体的新动力共性要害技能和中心技能立异渠道;依托深圳市旭冉电子有限公司、上海乾呈玩具科技有限公司、我国科学院青岛生物动力与进程研讨所、比亚迪股份有限公司等组织, 构建动力型锂离子电池隔阂工业技能立异战略联盟, 鼓励联盟成员围绕工业技能立异的要害问题, 集成和同享技能立异资源, 展开技能立异协作, 构成重要的工业技能规范, 进步工业自主立异才能。

 

(3) 树立动力型锂离子电池隔阂工业专利预警渠道

 

为应对跨国企业在华的专利战略布局, 树立动力型锂离子电池隔阂工业专利数据库及国内外首要竞争对手知识产权状况监测数据库, 监控世界抢先企业的专利布局动态, 及时研讨剖析国内外技能、商场等方面的展开意向, 树立动力型锂离子电池隔阂工业专利预警机制, 依托各地专利办理部分、科技情报研讨部分、企业等单位联合建立由专利剖析人员、专业技能人员和法律人员等组成专利预警组织, 定时为政府相关部分及企业供给预警危险陈述, 拟定专利维护战略, 活跃布局打破专利壁垒。

 

篇4：面试题锂离子电池 动力电池

要害词：车辆工程；锂离子动力电池；不一致性；多参数分选；动态特性分选

 

中图分类号：U463.63 文献标识码：A

 

文章编号：1674-2974（2016）10-0023-09

 

Abstract：In order to improve the consistency for lithium-ion power battery of electric vehicle， to raise the available power and the utilization ratio of capacity for the battery pack， this paper put forward a battery sorting method based on the inconsistency mechanism analysis of battery. Firstly， the traditional sorting method， the main factor sorting method and the total factor sorting method for battery were completed respectively， and the comparative results show that the total factor sorting method is optimal. Secondly， the dynamic characteristics sorting was carried by fuzzy c-means clustering algorithm based on the total factor sorting results. Finally， the sorting effect was verified through experiments and the result shows that this sorting method can improve the inconsistency for battery pack effectively， and has a certain practical significance.

 

Key words：vehicle engineering； lithium-ion power battery； inconsistence； multi-parameter sorting； dynamic characteristics sorting

 

为了满意驱动电机供电电压和整车续驶路程的要求，电池组需求经过上百节电池单体串联或并联而成.电池单体之间的不一致性会使电池组在运用进程中存在“木桶效应”，这种现象的存在会下降电池组的充放电功率，削减电动轿车的续驶路程.

 

现在，处理电池不一致性的技能办法首要有电池分选、电池均衡以及电池热办理等办法，本文针对电池分选办法进行研讨.电池分选办法首要有单参数分选法、多参数分选法以及动态特性分选法，而多参数分选法与动态特性分选法相结合的办法是现在研讨的趋势.

 

多参数分选法选用多个特征参数对电池进行分选.刘千杰等[1]经过4次充放电循环，以容量差1%、 电压10 mV、内阻2 mΩ以及充电恒流比1%以内为一档对电池进行分类，分选作用较好；吴生先[2]以容量公役为额外容量的±1%，开路电压公役为±10 mV，内阻公役为±0.5 mΩ，自放电公役为±5 mV，分选作用也较好；Jonghoon Kim等[3-4]针对电压均衡技能或许构成的电压一致而荷电状况不一致的状况，提出了一种依据容量和内阻来进步锂离子动力电池组的电压和SOC一致性的办法.可是上述多参数分选办法并没有对分选变量进行优化，分选变量之间存在的相关性会影响分选成果.

 

动态特性分选依据充放电曲线对电池进行分选.单毅[5]经过对充放电曲线选用层次聚类的办法得到电池之间的差异度，实验标明该办法的分选作用较好；闻涛等[6]提出了一种依据特征向量的电池分选办法，可是规范电压特征向量较难确认，添加了分选工艺施行的难度；苑风云[7]搭建了以SOC为枢纽的电池等效电路模型，依据模型仿真得出的充放电曲线之间的类似性对电池进行分选；Raspa等[8]经过自安排图的办法依据电池的SOV改动来对电池进行分选.可是上述动态特性分选办法均没有考虑电池的其他参数，而且施行较为复杂.

 

本文提出了一种多参数分选与动态特性分选相结合的分选办法.多参数分选以统计学软件SPSS为根底，运用因子剖析模块对分选变量进行优化，运用体系聚类模块别离对电池进行主因子分选和总因子分选；动态特性分选以电池的放电曲线为根底，经过MATLAB编程来完结含糊C均值聚类算法，然后完结对电池的分选.

 

1 不一致性剖析

 

电池的不一致性，是指同批次、同规范、同型号的电池，在电压、容量、内阻以及自放电率等特征参数上所表现出的差异性.

 

锂离子动力电池的不一致性首要在出产、运用和贮存进程中发生.出产进程中构成的电池不一致性会在运用和贮存进程中被累积扩展，比方，容量不同的两节电池进行串联充放电，经过的电流是相同的，在相一起间内充放电容量是相同的，在容量小的电池到达其极限容量时，容量大的电池或许正处于未充满电或许未放完电的状况，这样就会构成能量糟蹋.假如重复进行充放电，则势必会使得容量小的电池一向处于深充深放状况，而容量大的电池一向处于浅充浅放状况，这样容量小的电池功用会越来越差，与容量大的电池的不一致性也会进一步加重.

 

所以在电池运用之前选用合理的办法对其进行分选显得尤为重要.

 

2 多参数分选

 

本文首要以统计学软件SPSS为根底对电池进行多参数分选.

 

2.1 分选变量的获取

 

以100节180 Ah电池为研讨对象来探求有用的电池分选办法，其技能参数如表1所示.

 

在进行多参数分选之前需求确认分选变量.分选变量能够以不一致性的表现形式为依据进行挑选.其他，电池的充电进程包含恒流充电和恒压充电两部分，一般先进行恒流充电，再进行恒压充电，恒流进程是发生极化的进程，而恒压进程则是消除极化的进程，恒压进程时刻越短，阐明恒流进程发生的极化越小，电池功用越抱负.终究选取均匀内阻、开路电压、自放电率、充电容量、放电容量以及恒流充电时刻占总充电时刻的比值这6个指标作为电池的分选变量.其间，均匀内阻取值为电池在1/3 C充满电和1/3 C放完电时内阻的均匀值，记为R；开路电压取值为电池在1/3 C充满电3 d后的电压值，记为D；自放电率取值为电池在40 ℃条件下1/3 C充满电后间隔7 d的电压降，记为E；充放电容量别离取值为电池在1/3 C规范充放电条件下的充放电容量，别离记为Q1，Q2；恒流充电时刻占总充电时刻的比值取值为电池在1/3 C充电条件下的恒流充电时刻占总充电时刻的比值，记为B.

 

为了获取分选变量的测验数据，运用NEWARE充放电设备别离对100节电池进行充放电实验.其间，电池的充放电实验相片如图1所示.

 

2.2 分选变量的优化

 

为了消除分选变量之间的相关性对分选成果的影响，一起削减分选变量，简化核算，能够对电池的分选变量进行因子剖析[9].

 

因子剖析是一种统计学办法，其最常用的理论公式如式（1）所示：

 

统计学软件SPSS将相联系数矩阵、反映像相关矩阵、Bartlett球度查验以及KMO查验这4个统计量作为判别因子剖析的条件.其间，常常选用的是Bartlett球度查验和KMO查验.

 

Bartlett球度查验经过判别相关矩阵来查验电池的分选变量是否适合做因子剖析.Bartlett球度查验的原假定为相关矩阵是单位阵，只要回绝该假定，因子剖析才是有意义的，而要回绝该假定就需求Bartlett球度统计量相应的概率值Sig小于给定的显着性水平；KMO查验是经过电池分选变量之间的相联系数来判别分选变量是否适合做因子剖析.KMO值越大，则分选变量间的相联系数越大，它们的一起性就越多.一般，KMO值到达0.7以上就能够选用因子剖析.

 

因为Bartlett球度查验和KMO查验都与分选变量间的相关矩阵有关，所以首要需求得到分选变量之间的相关矩阵.以选取的100节电池的6个分选变量的实验数据作为输入，经核算得到这6个分选变量的相关矩阵如表2所示.

 

由表2可知，电池的各分选变量之间具有较大的相关性，所以有必要对该相关矩阵进行Bartlett查验和KMO查验，得到的查验成果如表3所示.可见，Bartlett球度查验统计量相应的概率值Sig=0.000，小于给定的显着性水平0.050而且KMO=0.896>0.700满意因子剖析条件，所以选取的分选变量能够经过因子剖析来优化.

 

挑选主成份剖析法对选取的6个分选变量进行了因子剖析，得到如表4所示的主成份的贡献率.主成份的贡献率标明的是经主成份剖析法得到的各因子所能解说原分选变量的程度.

 

一般取特征值大于1的因子作为代表原变量的新变量[9].在表4中，有3个因子的特征值超越1，所以取这个因子作为新分选变量，即主因子F1，F2和F3.可见，分选变量经因子剖析后提取3个主因子即可表达其86.834%的内容.

 

得到的因子矩阵如表5所示.

 

表5中的因子矩阵是每个原始分选变量在各因子上的因子载荷，比方，放电容量=0.970×F1-0.049×F2+0.094×F3.由表中的因子载荷可知，第一个因子首要表达的是放电容量、开路电压、充电容量以及恒流充电时刻占总充电时刻的比值这4个分选变量，第二个因子首要表达的是均匀内阻和自放电率这两个分选变量，而第三个因子则比较归纳地表达了各分选变量.

 

得到的因子得分系数矩阵如表6所示.

 

表6中每列的数据即是这3个主因子被原始分选变量标明的系数.比方：主因子F1=0.030×均匀内阻-0.320×开路电压+0.012×自放电率+0.252×充电容量+0.320×放电容量+0.265×恒流充电时刻占总充电时刻的比值.

 

综上，开端的6个分选变量经因子剖析后转化为3个变量（即3个主因子）就可表达原来分选变量的大部分信息，所以选取这3个主因子作为新的分选变量.其他，依据每个主因子能够表达原始分选变量的程度可将其归纳为一个总因子，这个总因子的加权系数依照表4来确认，即总因子F=49.434%×F1+20.667%×F2+16.733%×F3.

 

2.3 电池的分选成果

 

聚类剖析是直接比较各事物之间的性质，将性质相近的事物归为一类，性质不同较大的事物归入不同类的技能.

 

聚类剖析中样本间间隔以及样本与类、类与类之间间隔的核算办法至关重要.鉴于平方欧氏间隔衡量的广泛运用，选取该间隔作为样本间间隔的衡量规范.该间隔的表达式如式（2）所示.因为离差平方和法在实践运用中分类作用较好，运用较广，所以选取该办法来对电池进行聚类.

 

下面依照体系聚类的办法别离对电池样本进行主因子分选和总因子分选，并与传统分选法进行比照.其他，为了便利验证分选作用，在依照下面办法进行分选时，将一切的电池均分为4类.

 

1）传统分选法

 

传统分选法直接依照电池厂家传统的做法将放电容量、内阻和开路电压作为分选变量，即首要依据放电容量、内阻和开路电压进行电池单体的挑选，再按容量组内差、内阻组内差以及电压组内差进行分组，依照这种办法得到的分选成果如表7所示.

 

2）主因子分选法

 

主因子分选法是将3.2节中经因子剖析后生成的3个主因子F1，F2，F3作为分选变量，运用SPSS软件中的体系聚类办法对电池进行聚类，其间，样本间间隔的衡量办法选用平方欧式间隔，聚类办法选用离差平方和法.得到的分选法成果如表8所示.

 

3）总因子分选

 

总因子分选法是将总因子F作为分选变量，运用SPSS软件中的体系聚类对其进行聚类，其间，样本间间隔的衡量办法仍选用平方欧式间隔，聚类办法仍选用离差平方和法.得到的分选成果如表9所示.

 

2.4 多参数分选作用比照

 

因为每节电池分选变量的初始数据是已知的，能够依据这些初始数据对分选出的各类电池进行点评，如表10所示，用各类电池的均匀放电容量和均匀自放电率来对此类电池功用进行点评.

 

由表10可知，传统分选法仅将内阻、开路电压和放电容量作为分选变量，并没有考虑自放电率等要素的影响，所以每一类电池的均匀放电容量均相对较高，可是其均匀自放电率也均较高，而且或许散布并不均匀；主因子分选法虽然考虑的要素较多，可是它并没有依照每个主因子对原分选变量的解说程度进行加权，分选出的每类电池的均匀放电容量和均匀自放电率均居中，而总因子分选考虑的要素较全面，而且依照每个主因子对原分选变量的解说程度进行了加权，所以由其分选出的每类电池的均匀放电容量均较高，均匀自放电率均较低，而且类与类之间不同较大，其分选作用最好.

 

3 动态特性分选

 

多参数分选法是静态分选，虽然能反映出动力电池的某些特性，但首要是外部特征，也无法反映出充放电进程中电池特性的改动趋势；动态特性分选法以放电曲线为依据，考虑了电池在充放电进程中其内部结构的不同，结合多参数分选，能够挑选出一致性较好的电池，然后进步电池组的功用.

 

3.1 电池充放电曲线的离散拟合

 

由多参数分选成果实验比照可知，总因子分选法在3种多参数分选办法中是最好的，可是因为分选出的第Ⅲ类电池功用相对较差，第Ⅳ类电池仅有1节，所以只能在第Ⅰ类（29节）和第Ⅱ类（53节）电池的根底上再进行动态特性分选.

 

在电池充放电曲线上选取p个采样点，则电池的充放电曲线能够转化为一个一维特征向量.关于一组待分类的n节电池，能够将一簇充放电曲线转化为一个n×p维的原始数据阵.

 

电池之间功用的不同会导致电池的充放电时刻不同.为了使代表每节电池的特征向量长度相同，便于核算电池之间的间隔，需求对每节电池的充放电数据进行拟合，这儿仅对放置和放电部分进行，得到了代表每节电池的100个放置数据点和500个放电数据点，共600个数据点来代表一节电池.

 

3.2 电池的动态特性分选

 

对电池的动态特性分选需求确认聚类办法，本文依据电池的充放电曲线选用含糊C均值聚类算法来对电池进行分选.

 

含糊C均值聚类算法是Jim Bezdek博士在1973年提出的一种依据方针函数的聚类算法[10].下面对它的从属度函数、类似性函数以及方针函数进行简略的介绍.

 

1）从属度函数

 

从属度函数用于标明一节电池归于某一类电池的程度，用uA（X）标明，假如它的值是1，则阐明这节电池彻底归于某一类电池.由归一化规则知，一个数据集的从属度的和总等于1，即假如有n个样本，c个聚类中心，则

 

2）类似性函数

 

选取平方欧氏间隔作为类似性函数，此间隔越小，阐明两个样本越类似.

 

3）方针函数

 

这两个必要条件使得含糊C均值聚类算法成为一个迭代进程.此进程具体如下：首要，需求初始化U，而且使其满意求和为1；其次，用式（8）核算c个ci；终究依据式（6）核算方针函数，假如满意条件，则算法中止，假如不满意条件，则用式（9）核算新的U，再从头开端核算.

 

依据含糊C均值聚类算法的介绍，在总因子分选法的根底大将n节电池样本聚成c类.为了便利验证，以终究挑选出的电池节数m=4为例，其算法流程如图2所示.

 

依照图2所示的流程，运用MATLAB编程完结该算法，然后得到运用动态特性分选办法分选的成果.

 

以第Ⅰ类电池（29节）为例，因为电池节数较多，所以先将其分为3类，再针对每一类进行含糊C均值聚类，得到的聚类成果如图3所示.方针函数J迭代了13次就到达了1e-5，满意设定条件，迭代中止.

 

由图3可知，29节电池中的第2类仅包含2节电池，可将其舍掉，第1类和第3类别离包含13和14节电池，能够持续对其别离再进行聚类.

 

1）13节电池的聚类成果：

 

当聚为3类时，得到如图4所示的聚类成果.

 

当聚为4类时，得到如图5所示的聚类成果.

 

由图4和图5知，不管聚为3类仍是4类，61，78，80，87这4节电池一向聚为一类，所以能够以为这4节电池的一致性较好.

 

2）14节电池的聚类成果：

 

当聚为3类时，得到如图6所示的聚类成果.

 

当聚为4类时，得到如图7所示的聚类成果.

 

由图6和图7可知，聚为4类时的第1类电池（6节）均包含在聚为3类时的第1类电池（8节）中.为了挑选出一致性较高的4节电池，对聚为4类时的第1类电池持续进行聚类.

 

关于这6节电池，当聚类数为3时，得到如图8所示的聚类成果.由图4，图8可知，每一类电池数均小于4节，而本文终究聚类的电池数一致为4节，所以以为聚类数为3时是不合理的.

 

当聚为2类时，得到如图9所示的聚类成果.可见，10，15，28，90这4节电池聚为一类.所以这14节电池中，10，15，28，90这4节电池的一致性较好.

 

篇5：锂离子电池总述

摘要

 

这篇文章总述了运用在锂离子电池上面的电解质添加剂。依据添加剂的功用，他们能够分为六类：（1）固体电解质界面膜构成剂、（2）阴极维护剂、（3）六氟磷酸锂（LiPF6）盐安稳剂、（4）安全维护剂、（5）锂堆积剂、（6）其他（溶解增强剂、铝腐蚀按捺剂和潮湿剂）。下面将阐明和评论每种分类添加剂的功用和机理。

 

要害词：电解质、添加剂、固体电解质外表膜、负荷过载、锂离子电池

 

目录

 

1. 引言

 

2.SEI 构成剂

 

2.1 SEI 构成介绍

 

2.2复原型添加剂

 

2.3反响型添加剂

 

2.4 SEI描摹润饰剂

 

3.阴极维护剂

 

4.LiPF6盐安稳剂

 

5.安全维护剂

 

5.1 过载维护剂

 

5.2阻燃添加剂

 

6.Li堆积剂

 

7.其他

 

7.1 离子救助剂

 

7.2 Al防蚀剂

 

7.3 湿润剂和粘性稀释剂

 

8.总结

 

参阅文献

 

1、引言

 

电解质添加剂的运用是进步锂离子电池功用最经济有用的办法之一。一般，不管从质量或是体积上来说，电解质中添加剂的量不超越5%，可是它的存在显着的进步了锂离子电池的循环才能和循环寿数。为了得到更好的电池功用，添加剂能够：1，促进固体电解质界面膜（SEI）在石墨外表的构成；2，在SEI膜的构成与长时刻循环进程中削减不行逆容量和气体的发生；3，增强LiPF6在有机电解质溶剂中的热安稳性；4，维护阴极材料不被溶解和过载；5，进步电解质的离子导电性、粘度、对聚烯烃别离器的湿润性等物理性质。为了电池的安全性，添加剂能够：1，下降有机电解质的可燃性；2，供给过载维护或进步过载限度；3，在非正常状况下中止电池的运作。本文总结了这些添加剂并评论了他们在进步锂离子电池功用方面上的功用。

 

2.SEI 构成剂

 

2.1 SEI 构成介绍

 

经过许多的光谱学技能研讨现已确认SEI的首要成分是电解质溶剂和盐的分化产品。这些组分包含碳酸锂（Li2CO3）、烷基碳酸锂、烷氧基锂化合物和其他盐类（含有氟化锂（LiF）的LiPF6基电解质）[1,2]。依据以上状况，人们提出了两条能够选用电化学诱导削减碳酸酯基溶剂的机理。如碳酸乙烯酯（EC），

 

RA是自在基负离子的缩写。这两条机理均阐明晰SEI构成与彼此竞争的进程。当机理I是首要反响进程时，溶剂的削减导致发生更多气相产品，然后使得SEI富含Li2CO3和不安稳。相反的，当机理II是首要反响进程时，会导致气相的削减然后使得终究产品在电解质中的溶解性显着下降。因而，构成的SEI将愈加紧凑和安稳。许多研讨现已确认上述两条机理受石墨外表的描摹和化学性质影响，一起与新鲜石墨外表的催化活性相关。其催化效应经过SEI组分的强方位依赖性得到证明[3,4]。也就说，在具有高取向的热解石墨烯棱角区域构成的SEI富含无机化合物，可是在晶面区域则富含有机化合物。外表润饰进一步证明了催化现象。外表润饰包含温文的化学氧化[5-8]、物理外表涂层[9-11]，在锂离子进入石墨烯的第一个刺进进程中石墨材料显着的促进了SEI的构成和削减气相的发生。这些润饰被以为是按捺新鲜石墨外表的催化活性。

 

另一方面，一种运用电化学阻抗光谱动态研讨提醒了SEI的构成进程首要发生在2个首要的电压阶段[12,13]。第一阶段发生在锂离子(Li+)刺进石墨之前，在这一阶段构成的SEI结构多孔、高阻抗且尺寸不安稳。第二阶段发生在锂离子(Li+)刺进的一起，得到的SEI更紧凑和高电导性。对一个特其他1.0M LiPF6 3:7(wt质量分数) EC-乙基甲基碳酸酯(EMC)的电解质体系，这两个阶段发生了简直相同的不行逆容量。第二阶段发生的不行逆容量不只与溶剂分子的削减相关，一起与石墨棱角区域外表官能团的电化学削减（如：C-H键，羧基，羰基，内酯）有关。从化学组成的视点来看，在第一阶段所构成的SEI富含无机化合物而第二阶段构成的富含有机化合物。后者更好的安稳性归结于Li+与有机碳酸酯阴离子配位得到的如下有机化合物构成的网状结构

 

[14]

 

从SEI的化学组分来看，“枯燥的”SEI既不是离子导电也不是电子导电。SEI中的离子导电有必要源于经过SEI微孔的溶质Li+的搬迁。因而，SEI的离子电导率能够作为点评SEI的紧密度和安稳性的办法。一般来说，高阻抗对应的是紧凑和

 

安稳的SEI[13]。许[15]等人经过改动电解质参加到新鲜的碳酸丙烯酯(PC)电解质中，得到不同电压下的碳酸乙烯酯基电解质构成的SEI并进一步测验了其安稳性，发现相关于Li+/Li大于0.5V的电压时构成的SEI（例如：第一阶段）不能按捺碳酸丙烯酯(PC)分子的削减。以上信息对理解和开发抱负的添加剂会有很大的协助。

 

2.2 复原型添加剂

 

如上所述，在锂离子刺进前构成的SEI是不安稳且富含无机化合物。而且，整个阶段发生了更多的气相产品，尤其是含PC的电解质。在类似办法下的外表润饰，经过电化学削减添加剂，选用化学法在石墨外表涂层有机薄膜，能够促进SEI的构成。比较电解质溶剂，这种类型的添加剂常常含有更高的复原电位，在电解质的溶剂的电化学复原之前，添加剂更倾向于削减不溶固体化合物的构成。不溶物随后将掩盖在石墨外表构成初始膜，然后使得催化失活。因而，添加剂基团参加到了SEI中不只能够削减气相的发生，而且能够添加SEI的安稳性。依据添加剂反响的特性，添加剂能够分红聚合单体和复原剂。结构1展现的是聚合单体，其特点是在他们的分子中含有一个或多个碳碳双键，碳碳双键包含碳酸亚乙烯酯（VC,1）[16-21]、碳酸乙烯亚乙酯（2）[20,22]、碳酸丙烯乙酯（3）[23]、醋酸乙烯酯（4）[24,25]、己二酸二乙烯酯（5）[25]、丙烯酸腈 [26]、乙烯吡啶（6）

 

[27]、顺丁烯二酸酐（7）[28]、肉桂酸甲酯（8）[29,30]、膦酸酯（9）[31]、含乙烯基硅烷基化合物（10）[32]和（11）[33]。进一步的，Korepp[34]等报导在每个分子中含有两个双键的喃衍生物对错常有用的SEI构成剂，Korepp描绘在1 M高氯酸锂（LiClO4）PC电解质中，低至~1%的2-氰基呋喃能够有用的按捺石墨结构的剥落。这个长处归因于呋喃环高效的复原聚合，这个聚合发生在比PC复原聚合更高的电位。即便呋喃衍生物被以为是最好的导电聚合材料的电化学聚合单体，可是没有更多可用的关于2-氰基呋喃对阴极影响的信息[35,36]。

 

结构1 可聚合的添加剂的化学结构式

 

结构2. 复原性添加剂的化学结构式

 

促进SEI构成的可聚合添加剂的机理是依据一个电化学诱导聚合理论，可用如下通式标明：

 

自在基阴离子被溶剂分子中止的当地构成了不溶的安稳的SEI初始核产品。从电化学视点来说，这种类型的添加剂对错常有用的因为电子传递只是参加到第一步中。关于复原聚合，相反的氧化聚合相同也发生在阳极，并不行防止的增强了阴极的阻抗和不行逆性。因而，在电解质中添加剂的合理的含量不超越2wt%（质量分数）。这些添加剂的活性受许多方面的影响，如：1，电化学聚合的功用、2，聚合物的溶解性、3，聚合物对石墨外表的附着才能。自从复原聚合的发生比溶剂复原在更高的电位，这些添加剂的进步就首要会集在SEI构成的初始阶段，将导致：1，气相产品的削减、2，不行逆容量的下降，3，SEI对扩展循环的安稳性。

 

复原剂首要是经过吸附它们的复原产品至石墨外表的催化活性位点来协助构成SEI。这些促进SEI构成的添加剂的作用首要受复原产品分子基团对石墨外表活性位点的亲和性所影响。大部分此类添加剂都归于含硫化合物，包含：SO2[37，38],CS2[39],多硫化合物（Sx2-）[40,41],环烷基硫化物（12）如乙二醇亚硫酸酯

 

[42-44]和丙烯酯硫化物[44,45]，芳基亚硫酸盐[44]。这些添加剂的活性好像跟着分子中硫含量的添加而增强，但一起含硫化合物对其他催化剂的毒性影响也在增大。需求注意的是，这些含硫化合物在有机电解质中是可溶的而且在高电位阳极下是不安稳的，因为他们的存在将引起高自放电率并导致内部氧化复原络绎。因而，含硫添加剂的量有必要严厉操控。很好的一个现象是在多硫化合物存在下，构成的SEI表现出更好的Li+分散才能，其成果标明在低频率下抗性下降[41]。另

 

一个类似的复原产品吸附性的离子以被吴[46]等人报导，他们发现在1.0M LiPF6 3:2 (vol) PC:DEC 电解质中参加5wt%AgPF6 能更有用的阻挠PC的复原和石墨的剥落，因为Ag粒子在2.15VLi+/Li电压下能更好的吸附。他们的定论也经过XRD剖析和SEM证明。

 

其他的复原添加剂包含N2O[4 1]，硝酸盐（13）[47]，亚硝酸盐（14）[48]，卤代乙烯碳酸盐（15）[43,49-51]，卤代内酯，如α-溴-γ-丁内酯（16），氯甲酸甲酯

 

（17）[52]，如图2所示。后边的三种化合物包含一个羰基团（>C=O）,当经过和EC相同的办法时，能够完结电化学复原。它们能够促进SEI构成，是归因于在SEI（包含电解质溶剂的复原产品）的卤素化合物和含卤素添加剂[52]之间或许的键。氟代碳酸乙烯酯（FEC，15）[43,51]是一个风趣的化合物，它自身并不包含乙烯基团。可是它能够失掉一个HF分子构成一个VC分子，如下所示。

 

生成的VC能够作为聚合添加剂，HF有用的进步了金属锂的循环功用（在第六部分中评论）。因而FEC对一些特其他进程显得特别重要，这些进程发生时要求充电快速或许低温，以防止这些条件带来锂电镀[53]。

 

2.3 反响型添加剂

 

在Li+刺进的整个电势规模内，该种类型的添加剂不会被电化学复原，可是，它们能够出去自在基阴离子（溶剂复原的中心产品，见2.1），或与终究产品烷基重碳酸锂和烷基氧锂结合构成愈加安稳的SEI组分。前期关于此类添加剂的报导首要是CO2的存在削减了初始不行逆容量并添加了SEI的安稳性[38,41,54-56]。Zhuang等经过傅里叶变换红外光谱（FTIR）提醒了在EC和PC基电解质构成的SEI中存在类似LiC2O4化合物[57]。因而，如下的反响可解说CO2促进了SEI的构成，提醒了CO2直接参加了SEI的构成进程并使得SEI更安稳。

 

经过运用二烷基焦炭酸酯的分化反响原位值得CO2也得到相同的成果[58,59]。

 

这一办法的长处在于CO2的存在下处理了低溶解性和高蒸汽压的问题。更风趣的是，因而而构成的SEI在低温下显现出很低的阻抗[58]。其他类似的办法是含Li2CO3的饱满电解质溶液[60,61]能够削减气体的发生，添加初始可逆性，延伸锂离子电池的循环寿数。这些进步都归结于更紧凑更薄的SEI的构成[60]。

 

一系列羧基苯酚(18)[62]，芳基酯类(19)[62]和酸酐类(20)[63]化合物能够进步SEI的构成(见结构3)。这些化合物有很好的共轭结构特征，共轭结构经过自在基的离域能够安稳中心态的RAs。例如，碳酸苯邻二酚（20）能够捕获少数安稳的RA然后构成愈加安稳的（21），进一步的成果是构成愈加安稳的SEI [63]。

 

其他的添加剂有着类似的功用，包含顺丁烯二(酸)酐 [28]，琥珀酰亚胺（22）[64]，

 

N-(苄氧羰基氧基)琥珀亚胺（23）[64]，这儿的N原子是经过两个含有强自在基离域才能的碳基团。一切的这些添加剂（18-20,22,23）在按捺PC的削减和安稳SEI方面对错常有用的。这些添加剂遍及的一个特征便是Li+刺进的时分构成的SEI的电位非常接近溶剂复原的电位[62]，因为添加剂自身不会参加复原，反而会捕获低安稳RA溶剂构成安稳的RA(见Fig.1)。

 

Fig.1 不含（曲线a）和含（曲线b）2wt%乙酸苯酯的1.0M LiPF6 (3:2 vol.) PCCDEC Li/石

 

墨电池的第一次循环伏安曲线。经电化学会准许下参阅[62]的重复数据

 

有些状况下，这些添加剂在第一次循环进程中或许不会下降不行逆容量，可是却

 

能显着的添加电池的循环寿数[63]。另一方面，芳香族异氰酯化合物（24，x为H或卤素）也被提出是进步锂离子电池功用的多功用添加剂[65]。首要，依据终究产品对随之构成的SEI化合物有更强的亲和力这一估测，异氰酸化合物能经过化学结合石墨粉外表上酚或羧基上的氧使得SEI更安稳。其次，因为异氰酸化合物能高效的与一些杂质反响，因而它能够除掉电解质中的水和酸性HF。第三，异氰酸化合物的氮中含有孤对电子，可作为弱路易斯碱下降PF5电解质的失电子才能。有报导显现，在电池外表不存在其他不利影响下的1.0 M LiPF6 1:1(wt) PC-EC电解质中参加5wt%的异氰酸苯酯或4-异氰酸氟苯酯，能够使石墨可逆的循环[65]。

 

做为添加锂离子电池循环寿数的电解质添加剂，溴代化合物已被广泛研讨，因为它能够使SEI产品愈加安稳。这些化合物包含三氧化二硼（B2O3）[66]，未揭露的有机硼结构 [18]，三甲氧基环硼氧烷和三甲基环三硼氧烷等 [67]硼氧六环系化合物（25），含锂盐硼化合物（26）[19]和（27）[68]。发现它们不只能够削减容量衰减率，也能够添加倍率功用和低温下锂电池的功用[18]。FTIR和XPS光谱学研讨标明这些添加剂对电极功用的影响归因于添加剂进入了电极的外表化学层。

 

结构3. 反响型添加剂的化学结构式

 

前期研讨双草酸硼酸锂（LiBOB，28）是作为一种挑选性的盐，以进步锂电池在高温功用[69]。这种盐不只能够按捺PC的不行逆复原，还能够在扩展循环进程中显着的安稳SEI[70]。FTIR [71]和XPS [72]剖析证明含B-O基分子基团在LiBOB电解质所构成的SEI是显着存在的。依据上述现实，提出LiBOB会与首要的SEI化合物（如烷基锂碳酸氢钠、醇锂）反响生成愈加安稳的低聚物（30）,R

 

代表的是电解质溶剂复原产品的分子基团[72,73]。

 

依据LiBOB和终究产品的化学性质，化合物（30）的构成或许不包含任何电子搬运，而是一系列的B-O键和R-O键之间的复杂的交流反响。进一步的研讨提醒了即便它在电解质中的含量削减到添加剂水平[74-77]，LiBOB依然保持其促进SEI构成的强才能。例如，添加1 mol%的LiBOB，在质量比为 1:1 （wt）的PC-EC [76,77] 电解质中，1M LiPF6和1M LiBF4电解质 [74]均足够使得石墨有可逆循环性。其他一种二氟草酸硼酸锂锂盐（LiODFB，29）[75,76]，也有好像LiBOB安稳SEI类似的功用，可是它在许多其它功用上优于LiBOB，如在碳酸酯溶剂中的溶解性，有才能供给更好的容积率和锂电池低温下的功用。

 

另一方面，吸收类添加剂也被证明可促进SEI的构成[9,52,78]。这种类型的添加剂通对石墨外表有很强的亲和力，他们可经过物理吸附在石墨活性位点上然后按捺PC复原。因为吸附是一种简略的物理进程，此类添加剂可运用于添加至电介质中[52,78]，也可用途预处理石墨[9,52,78]。有关此类添加剂的例子有：卤代有机化合物[52]，聚二甲基硅氧烷[9]和硅烷[78]。

 

2.4 SEI描摹润饰剂

 

如2.1节描绘，SEI的安稳性受无机化合物组分的影响。在由LiPF6-碳酸酯电解质构成的SEI中，首要的无机化合物是众所周知的Li2CO3和LiF，而且LiF的晶体的存在现已被证明是导致SEI不安稳的重要要素[79]。鉴于此因，许多含硼阴离子接收器已被开发用于溶解LiF[80-83]。在这些阴离子接收器中，最有代表性的化合物是三（五氟苯酚）硼烷（TPFPB），因为全氟化苯基具有很强的吸电子才能和很好的共轭效应导致硼原子极度缺乏电子。理论上，TPFPB能和LiF配位构成1:1化合物而且很好的溶解与许多有机溶剂构成大于1 M 的LiF[84,85]。已有报导在以LiPF6[80,81,83]和LiBF4[82]为电解质的锂离子电池中参加0.1-0.2M TPFPB 能有用的进步电池的循环功用和保留才能。这个进步的首要原因是SEI外部LiF的溶解。而TPFPB的副作用便是是它会从LiPF6中捕捉LiF而开释高活性的PF5，然后加速电解质溶剂的分化，例如：LiPF6 +BX3? LiBX3F + PF5

 

X代表三（五氟苯酚）基[83,86]。因而，应该严厉的操控添加至电解质中TPFPB的量以确保副作用最小化。

 

碱金属盐也被测验用于进步SEI构成。Komaba首次报导了在1M LiClO4 1:1(vol) EC-DEC 电解质中添加0.22 M NaClO4，发现其能显着的削减初始不行逆容量得到更好的保留容量。比较没有钠离子存在下的SEI，有钠离子存在下构成的SEI愈加均匀而且有更小的阻抗。非此即彼地，用于预处理石墨材料以不溶于有机电解质的钠离子（如Na2CO3和LiCl）也被测验用于进步SEI的构成[88]。除此之外，添加可逆容量和增强保留容量，此种预处理将导致Li+在石墨中的刺进及脱离电位中发生一个小峰如Fig. 2。这一特征关于开发高能锂离子电池是十

 

分重要的。当锂离子电池在高速或低温充电进程中，咱们能够运用这一特征来消除石墨阳极上的锂电镀。

 

Fig.2 1M LiClO4 1:1 ECCDEC电解质的石墨电极，未被（曲线a）/被（曲线b）

 

5wt%Na2CO3水溶液处理。经电化学会准许下参阅[62]的重复数据

 

不同电解质中，钾离子在SEI构成进程中的负面影响也逐渐被发现。Zheng[90]等人将这种现象归结于K+对电解质组分的高挑选性。在1M LiClO4 EC-DEC电解质体系中，添加少数的K2CO3能够显着的添加石墨的不行逆容量并进步电池的倍率功用。经过拉曼光谱剖析，Zheng等人总结出因为钾离子的存在削减了EC分子中Li离子的溶解度，减缓了溶剂分化并导致更多多孔且薄的SEI的构成。后者经过更多的低外表电阻和电子搬运阻抗所证明。

 

另一方面，有文献报导在初始SEI构成进程中，12-冠-4醚和15-冠-5醚能有用按捺PC的复原[91,92]，首要时因为他们对锂离子有很强的溶解才能[93]。在这些冠醚的存在下，PC分子对Li+离子的溶解才能被极大地削弱，因而PC简直没有机会与Li+离子共刺进至石墨中，这就导致了PC复原的削减。可是，冠醚的高毒性使得他们不行能用于锂离子电池的添加剂。

 

3.阴极维护剂

 

从电解质的视点，阴极功用的恶化起源于两个要素：（1）水和酸性杂质，（2）电解质溶剂的不行逆氧化。即便在运用之前电介质中水和酸性杂质（HF）现已得到严厉操控，这些杂质首要发生在充电进程，尤其是偶然性的饱满充电。Wang[94]等人曾经提出了一个或许性的机理：从阴极开释的氧导致溶剂发生化学氧化，发生水（H2O）和二氧化碳（CO2），其成果是H2O进一步的水解LiPF6生成HF和POF3的酸性产品。因为HF是阴极材料，尤其是尖晶石LiMnO4，溶解的的首要来源，，大多数现有的尽力聚集在这些添加剂能够清楚水和酸。朝着削减尖晶石LiMnO4的溶解，Saidi等[95]主张用胺基有机体（如丁胺）铲除酸性杂质，

 

可是Takechi等[96]用碳化二亚胺基化合物（如二环己基碳二亚胺）与水反响阻挠酸的发生。两种办法在对LiMn2O4阴极的保留容量显现出不同的进步程度。经过他们的进一步尽力，Takechi和Shiga[97]推荐一个依据一系列的N-Si基化合物（如N-N-(三甲基甲硅烷基)二乙胺（31））的双官能团的添加剂，它有能够经过损坏“N-

 

Si”键铲除H2O和HF，如下所示。

 

五氟化磷（PF5）的失活

 

或许是其他原因，因为一个较少认可度的说法以为胺削减了阴极材料的溶解度。从化大学网学上来说，在电介质中一向存在“LiPF6?LiF+PF5”反响的平衡，因而就或许发生如下的反响，这儿以MnO为例，“PF5 +MnO→POF3 + MnF2”。因为它们的供电子特性，胺原子能够与PF5络合，然后削减PF5的反响性和酸性，其成果是按捺阴极材料的溶解度。

 

其他的阴极维护办法是在阴极外表构成一层维护膜然后阻挠进一步的溶解。具体说便是添加剂分子与溶解的金属结合构成许多的不溶性产品，这些产品随后将掩盖在阴极外表然后阻挠阴极进一步的溶解。为了寻觅到这种添加剂，Amine等[98]将LiMnO4粉末添加至含0.7 M的LiBOB，质量比是1:1:3的EC-PC-DMC的电解质中，在55 ?C下保存4周。成果发现，在电解质中简直没有Mn离子。他们持续运用浓度不超越0.1 M LiBOB的添加剂，查验在以LiPF6为电解质电解质，graphite/LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2 电池的粉末和容量功用。成果标明这类电池在55 ?C展现出优异的保留容量，它们的阻抗也到达了由FreedomCar Partnership.设定的要求。虽然关于LiBOB是怎么按捺Mn2+的溶解机理没有很清楚的理解，

 

有一种或许状况是溶解的Mn2+和BOB阴离子彼此结合在一起构成有网络结构的，不行溶和安稳的外表层，如下所示。

 

依据以上的秒速，阴极维护剂的功用能够分为两类：（1）清楚水和酸性杂质，

 

（2）结合溶解的金属离子构成一层外表维护层。因为在充电和饱满偶然性饱满充电的进程中，溶剂的氧化将不行防止发生水[94]，以上两种办法的结合看似是维护阴极防止功用恶化的做好办法。

 

4. LiPF6盐安稳剂

 

LiPF6电解质的热不安稳性的原因首要是以下两方面：1，“LiPF6?PF5 + LiF”分化的高平衡常数；2，产品PF5和有机溶剂反响的活性高。除此之外，PF5会与SEI大部分的组分（如Li2CO3, RCO2Li, 和 ROCO2Li，乃至是在有水和酸性杂质的状况下）发生一系列反响，然后使石墨外表的SEI的安稳性下降。例如：

 

Li2CO3 +PF5→ POF3 +2LiF + CO2

 

RCO2Li + PF5→ RCOF + LiF + POF3

 

ROCO2Li + PF5→ RF + LiF + CO2 +POF3

 

因为这些反响的存在，SEI中的LiF含量逐渐削减，而且因为气相产品的生成导致电池内部的压力升高。因而，安稳电解质的要点就聚集在上述两个问题上。对第一个问题，Hiroi等[100]发现， LiPF6电解质中只要有0.05wt%的LiF溶解就会显着的削减气相组分的生成。这首要是因为化学平衡原则中过量的LiF存在会按捺分化反响。第二个问题的处理计划首要会集于经过参加少数的路易斯碱添加剂来下降PF5的活性和酸度。因为PF5的缺电子性质，因而挑选富含电子的化合物对错常有用的办法。抱负状况下，应该是一些弱的或温文的路易斯碱以至于他们的存在不会进步分化反响的速率。例如，三（2,2,2-三氟乙基）亚磷酸酯（TTFP,33，结构4）会与PF5结合构成1:1化合物（34）是的LiPF6电解质愈加安稳[86,101]。类似上述原理，许多胺类化合物也被报导做为LiPF6安稳剂。这些化合物首要包含1-甲基-2-吡咯烷酮（35）[102,103]，氟代氨基甲酸酯（36）

 

[104]和六甲基磷酰胺（37）[105]，因为氮核中的孤对电子不受吸电子基团（>C=O或>P=O）的影响，因而作为弱碱位点来按捺PF5的活性。

 

结构4 LiPF6热安稳剂的化学结构式

 

5.安全防护剂

 

5.1过载维护剂

 

依照这个用途讲，过载维护添加剂可被界说为氧化复原反响络绎剂和中止剂。前者维护电池防止可逆过载，而后者是中止电池以防持久运转。关于氧化复原反响络绎剂的理念并不是很新颖，它最早起源于用来维护3V锂电池的I2/I3-氧化复原剂[106,107]。根本上，络绎剂分子要求在正极部分充电完结时稍高电位下可被可逆的氧化。当电池过载时，络绎剂在正极被氧化，氧化后的络绎剂分散至负极并被复原至中性分子。这种办法下，络绎剂分子就充任了一个放电器的角色，而且放充电电源过载至过热时，正极电位可被无限的锁定在络绎剂分子的氧化电位上。络绎剂所能携带的最大电位首要由以下方面决议，包含络绎剂在电解

 

质中的浓度，络绎剂分子的分散常数和络绎剂所携带的电子数目[108,109]。抱负条件下，络绎添加剂应该满意以下几个方面：1，络绎反响可逆性有必要很高；2，氧化电位有必要稍高于充电完结时正极的正常电位并低于电解质溶剂的分化电位；3，在电池的作业电压规模内有必要电化学安稳；4它的氧化和复原产品在电解质中有必要有很高的安稳性和移动性（分散性好）。有好几千种有机分子表现出循环伏安-时刻平衡联系中的可逆的氧化复原性[110]。可是，只是只要很少的几种能够满意以上要求[111]。在曩昔的几十年时刻里，一向是以重复实验法来寻觅潜在的替代品，直至最近量子化学核算软件（Gaussian ver.03 TM 20）才被开发加速筛选进程[112]。

 

前期络绎剂的研讨会集在茂金属化合物[108,113-117]，四氰乙烯，四甲基对苯二胺[118]，一切的氮原子中含2-羟丙基或乙基替代基的二氢吩嗪衍生物[119]，和一系列芳香族或杂环化合物及它们的碱金属盐[109]。因为这些化合物的氧化复原电位散布在2.8-3.5V，因而它们只适合低压锂电池。与此一起，这些化合物在电池功用方面也存在一些副作用。例如，茂金属化合物对阴极外表有强吸收性，然后阻挡了离子传导途径进一步构成容量速率和功率的削减[115]。芳烃和杂环化合物在电介质中有低的溶解性和低流动性，这约束了他们的络绎功率（电流）

 

[119]。相对Li+/Li可逆氧化复原电位，一些含菲咯啉和联吡啶的Fe，Ru，Ir或许Ce金属合作物有4V左右的电位，可是因为它们的低溶解性和流动性构成没有很好地发挥作用。

 

因为苯甲醚族化合物在锂电池电解质中有相对较高的氧化复原电势和高溶解性，因而它们得到了广泛的研讨[111,120-123]。这些化合物的络绎机理一般由如下办法：

 

其间R1和R2是独立的烷基基团，X1和X2是H,卤素，或是独立的烷基基团。这些氧化复原络绎剂的电位受衔接的芳环的类型和方位影响，大部分的例子其电位散布于3.8-4.0V且相对Li+/Li可逆电化学电位到达4.2V[120,122]。与此一起，烷基团和替代基的方位和替代基的类型影响这些化合物的可逆性和络绎功率。例如，Adachi等[120]研讨了一系列的茴香醚化合物，发现在电势为4.0V时，只要在1,2-（邻位）和1,4-（对位）有2个甲氧基团，才显现出可逆氧化复原性，可是1,3-（间位）对应的化合物可发生不行逆的氧化。这是因为1,2和1,4方位愈加倾向于自在基阳离子（RC，氧化产品）的离域，这引起了高度可逆的氧复原络绎。这些离域效应经过溴替代4好方位上的氢得到了进一步的证明，并显着的添加了络绎功率[120]。这是因为在溴原子核中，p轨道和它的2对孤对电子参加到共轭结构中，使得安稳RC。

 

在类似的原理下，2,5-二叔丁基-1,4二氧甲氧基苯在Li+/Li电极的电势为

 

3.85-3.92之间时，显现出优异的氧化复原特性。这是因为在1和4方位上的2

 

个二叔丁基团使RC愈加安稳[121-123]。依据他们的氧化复原电势和电化学安稳性，苯甲醚族化合物愈加适合于LiFeO4锂电池。曾经报导指出其它的芳香化合物有类似的功用。这些化合物包含单羟基苯类化合物[124]，六乙基苯[125]，联吡啶或许连苯基碳酸盐[126]，二氟苯甲醚[126]，和一些含S或许N 的杂环芳香化合物，如噻蒽，2,7-二乙酰噻蒽[127]和吩噻嗪基化合物。

 

最近，Dantsin等[129]介绍了一种开发氧化复原添加剂的新办法。他们指出，弱配位型的全氟硼族盐（如Li2B12FxH12-x）不只要电解质盐的功用，一起也是氧化复原络绎剂。带两个负电荷的(B12FxH12?x)2?在4,5V电压下能可逆的被氧化成单电子阴离子，结构不发生改动的状况下，这是现在所知的氧化复原络绎分子所到达的最高电位。因而，这个独特的化学氧化对过载供给了内在的维护，并能适合于高电压阴极材料如LiCoO2和LiMn2O4。相同风趣的是它的氧化复原电势可经过操控Li2B12FxH12-x的氟化程度来操控。已有报导证明[129]小的石墨/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2电池中的盐组分，在没有显着放电容量丢失状况下，能表现出超越100小时1-C的过载维护。

 

中止剂是为了考虑到高电压状况下，添加剂聚兼并开释气体，并反过来激活了中止设备（CID），当聚合产品掩盖至阴极外表时可隔绝阴极以阻挠进一步过载。考虑到一些例外[29]，大部分此类添加剂都归于芳香族化合物（如二甲苯

 

[130]，苯基环己烷[29,131]，联苯[29,131-140]，2,2-二苯基丙烷[139]，叔丁基苯基碳酸[141]，苯基-R-苯基化合物（R=脂肪族碳氢化合物，氟替代化合物）[139]，3-噻吩乙腈[139]）。Lee等指出，比较单一的环己基苯（CHB），将环己基苯（CHB）和联苯混合有愈加有用的维护才能，一起混合物将0.76 Ah的石墨/ LiCoO2锂电池的安全规模扩展至12V/2A，而独自的CHB是不能到达这个规模的[131]。这个成果标明这个新的办法在过载充电时能够愈加有用的中止。近来，Abe[136]指出一些苯的衍生物（联苯和邻二苯基苯）和杂环化合物（呋喃，噻吩，N-甲基吡咯和3,4-乙烯二氧噻吩），在电池循环进程中能够发生电化学氧化，并在阴极外表构成一层薄膜，得到的薄膜是电子导体（因而它们被称为电子导电膜（ECM））。在少数添加的状况下，ECM膜能够进步阴极的循环功用。再者，因为非极性性质，大部分的上述中止添加剂能够作为湿润剂然后增强非极性聚烯烃别离器液体电解质的湿润性。因为这些化合物的不行逆氧化，使得这些化合物的锂离子电池的长时刻运转和存储功用遭到负面影响。

 

另一方面，也有文献报导LiBOB能够做成中止剂供给非常好的过载耐受功用[142]。对一个8Ah圆柱形锂离子电池的1-C过载测验中，LiBOB电池的最大温度不超越100℃中并能平稳的放电而不会捕捉任何火花，而LiPF6对应的电池不只会捕捉火花，而且会导致剧烈的爆破使得最大温度到达400℃。LiBOB电池具有很好的过载耐受性的首要原因是LiBOB的草酸基团更简略被阴极开释出的氧气氧化发生CO2[75]。这个进程箱比LiPF6电池中发生的溶剂氧化发生的热量要少许多。因为LiBOB温文的氧化进程，内部压力快速的被开释的CO2构成，因而在热流构成之前就将安全通气出口打开。Amine也报导了相类似的成果

 

[143]，他指出石墨/LiBOB/尖晶石锂离子电池表现出非常好的耐受才能。

 

5.2. 阻燃添加剂

 

安满是混合动力电动车和电动车中锂离子电池的最首要的障碍，因为它很大的联系到液体电解质的高可燃性。因而，许多研讨者已聚集于开发阻燃添加剂（FR）以下降液体电解质的可燃性。阻燃添加剂之前被广泛用于维护固体聚合物和深林的研讨中[144,145]。现在阻燃的机理首要有以下两条：1,物理成炭进程，

 

在组分与气相之间构成隔绝层阻挠焚烧进程[146,147]，2，化学自在基去除进程，阻挠自在基的连锁反响以利于气相中的焚烧[147,148]。即便在大多数状况下这两个进程一起存在，可是前者更适合于凝固相而后者更适合于气相。到现在为止，大多数的运用在液体电解质中的FR添加剂是有机磷化合物[148-155]，和他们的卤素衍生物[156-160]，自在基的铲除机理愈加简略接受[147,148,161]。在许多的测验办法中，示差扫描量热法（DSC），加速量热法（ARC）,自熄时刻法（SET）许多选用以评价FR的效应。一般来说，FR的存在削减自加热速率和推迟在初始传播分散中的温度。

 

磷酸三甲酯和磷酸三乙酯最早研讨的阻燃剂[145-151,154,155]。不幸的是，上述两者在石墨阳极外表，低复原电势时是不安稳[149,151]。因为磷的高含量，磷酸三甲酯有更好的阻燃作用，可是在石墨正极外表显现差的复原安稳性[149,151]。这个现实阐明阻燃作用和复原安稳性之间是一种权衡联系。在丢失其他功用（如电解质的离子电导和电池的可逆）的代价下，阻燃剂的添加使得易燃性的下降现已得到完结。因而Xu等[151]总结说在锂电池顶用烷基磷酸酯作为阻燃剂是不现实的。经过他们持续的尽力，Xu和他的协作者们组成了一些了的部分氟化的烷基磷酸酯，成果发现氟的存在不只能进步复原安稳性，一起能添加阻燃作用。例如当参加20wt%的三-（2,2,2-三氟乙基）磷酸酯，电解突变的非易燃性，一起对石墨阳极和锂离子电池[156,158]的阴极并没有带来负面效应。其他成功的例子也进步了磷酸盐的复原安稳性：（1）添加烷基中碳的数目[152]，（2）用芳基(苯基)族部分替代烷基[152,153]，（3）构成环状结构的磷酸盐[154]。其他一方面，环状的磷酸盐族化合物看起来对错常有远景的阻燃剂[101,162,163]。这些化合物的长处包含：（1）因为它们的环状结构有高含量的磷酸盐增强了阻燃作用，（2）在低电势下，相关于石墨阳极有很好的安稳性。能够估计[151,162,163]，苯氧基环磷腈对石墨阳极没有负面的影响，可是却供给了高效的阻燃性和在阴极电势到达5.0 V时依然能保持安稳。

 

除五价磷和磷腈之外，三价的磷也被报导作为非常有用的阻燃剂

 

[86,101,155,164]。比较五价磷，三价磷的优势在于：（1）愈加促进SEI的构成[155]和（2）使PF5失活[86]。在这些化合物中，三-（2,2,2-三氟乙基）亚磷酸盐被以为对错常有远景的，它不只能够削减液体电解质的可燃性，而且能够进步锂离子电池的循环才能[101,164]。例如，在1.0 M LiPF6 1:1:3 PC-EC-EMC点解子中 添加5wt%的TTFP添加剂显着的.进步了锂离子电池的循环功用，虽然这些量缺乏以阻燃。当TTFP作为助溶剂，其含量升至20wt%后，电解突变的不易燃且它的存在下，锂离子电池在60℃下可循环200次且不会有显着的容量丢失。

 

另一方面，氟代碳酸丙烯酯[165]和甲基九氟代丁基醚（MFE）[166-168]也被用作无磷阻燃材料。只要当添加的这些溶剂成首要溶剂时（>70%按体积比）可得到无闪点电解质。这是因为他们自身既不是自在基铲除，也不是成碳。制造非可燃性电解质的功用只是是用于稀释他们易挥发性和可燃性的溶剂。例如，DSC成果阐明，依托氟替代的数量时[165]，它们能够推迟全充满的LiCo2粉末和溶剂的混合液的放热峰温度升至40 ?C。在阻燃和电池功用方面，氟替代的丙烯碳酸盐优于MFE。对MFE，经过响应的与LiPF6EC-EMC比照，Arai选用Li/石墨和Li/LiCoO2半电池评价了MFE电解质。成果标明MFE电解质供给了和Li/LiCoO2简直相同的电池功用。可是，它一起构成了Li/石墨电池非常高的极化。因而，需求进一步展开MFE电解质的研讨。

 

6. Li堆积进步剂

 

在可充电的锂电池中，添加剂用以进步金属锂的循环功用得到长时刻研讨。这些添加剂关于开发高功率的锂离子电池是特别重要的。现实上，锂离子电池的功率丢失在很大程度上与石墨阳极的锂电镀有关，因为锂电度常常发生在，恒电流，尤其是高速率或许低温[53]下，锂电池充电的后期阶段，所以锂电度促进不良的SEI的添加。锂金属差的循环功用首要归结于两个要素：（1）高反响活性的含锂电解质溶剂，（2）电镀锂差的外表描摹，如构成的针状的树突和多孔海绵状的Li。锂金属的反响活性不只受固有的化学特性影响，而且受外表特定区域的影响。因而，大多数曾经的报导会集在第二个问题，怎么改进Li堆积的外表描摹。这个主意首要是依据构成的离子导电外表层或许Li金属合金能够促进堆积出均一的Li。

 

在前期的尽力中，发现低浓度（ppm级别）无机化合物，如二氧化硫（SO2）[169]，聚硫化物[40,41]，二氧化碳（CO2）[170,171]和水[169]，能够非常有用的进步，在LiClO4-PC溶液中慵懒金属基质上锂的循环功率。这个进步归结于这些化合物参加Li+导电膜的构成进程，得到了较为平滑的外表。用相同办法，经过添加一些有机化合物，如2-甲基四氢呋喃[172-174]，2-甲基噻吩[173]和硝基甲烷

 

[169]，能够添加在LiClO4-PC或许PC-DME溶液中Li循环的库伦功率。这是因为在Li点读之前，这些化合物愈加倾向于复原，成果产品构成的SEI随后按捺了树突状Li的构成。更风趣的是，它们的存在愈加倾向于下降在电极和电解质界面的电阻阻抗[173]。

 

依据外表层能够促进得到堆积制备Li的平滑性和均一性的原理，离子和非离子外表活性剂被提议用来进步Li循环功率。假定外表活性剂分子能够被Li外表物理吸附，且吸附功率依赖于Li外表的自身描摹。从物理学视点，突状位点更简略被吸附因为他们有更大的比外表积，因而突状物的添加就遭到按捺。以被研讨并证明是有用的活性剂首要包含：带长烷基链的四乙胺氯化物[175]，十六烷基三甲基铵氯化物[175]，锂和四乙胺的全氟辛磺酸盐[176]，全氟聚醚[177]。经过SEM调查，Ribes等人总结出：外表活性剂有更强且更均一的成核性，因而利于低微孔锂的堆积，这个进步首要原因就在于Li外表的形态学性质。另一方面，也有报导指出其他类外表活性剂如腈类蔗糖和腈类纤维素的参加能显着的削减锂和电解质的界面阻抗。

 

其他，锂-金属合金已被证明在进步Li的循环功用方面对错常有用的。到现在为止，Ishikawa等研讨了AlI3和SnI2两种盐[174,179,180]，他们指出锂-金属合金层的构成能够约束Li突触和脆Li的添加并安稳Li的界面阻力。例如，几百个ppm的AlI3参加至1.0M LiN(C2F5SO2)2 PCCDMC电解质中后，能够添加Li 5-10%的循环功用[180]。更风趣的是，即便第一次堆积的Li被转至无AlI3的空白电解质中，它进步的功用仍能保留。他们以为在Li外表构成的Li-Al合金中Al被永久的保存下来，并供给了有更好Li循环功用的持久的Li界面。

 

除了上述办法，酸性HF也被提出能进步Li堆积描摹[181-183]。这个办法的提出首要是依据以下状况：Li外表构成的非均一的SEI层引起的不均匀电流是Li突触堆积的首要原因[179,184-186]，且Li外表构成SEI的一切的组分都是强碱

 

[187]。酸性HF能与碱性的SEI组分（如碱式碳酸锂，醇锂盐和Li2CO3）反响生成更安稳的富含LiF的SEI。成果显现电解质中有0.005-0.02 M HF存在下，能够非常有用的按捺锂突触的添加[181,182]，首要原因便是富含LiF的SEI的构成。相类似的机理中，Mogi等人[43]指出5wt%氟代碳酸乙烯酯参加到1M LiClO4 PC电解质中可显着地进步Li的循环效能。原子显微镜（AFM）原位调查成果证

 

实：Li外表掩盖了一层均匀紧致的颗粒状堆积物填充层，颗粒飞直径大约在100-150nm，相关于无添加剂溶液构成的这层薄膜，其具有更低的电阻。如2.2节所述，存在一个化学平衡FEC?VC+ HF。因而，FEC能缓慢的开释HF并顺次充任Li堆积物的添加剂。依据以上现实，FEC关于Li的堆积功用好像对错常 有远景的添加剂。

 

Li堆积物中VC的负面作用也被不同研讨者报导指出[43,188]。Mogi等人[43]发现从5wt%含VC的电解质中堆积的Li外表含有更多固体并有较高的阻抗。但Ota等[188]发现，2wt%VC的参加能进步Li的循环功用且堆积Li的外表阻抗更低。这个差异首要与含溶液的VC的浓度有关，并明晰的标明晰适宜的电解质添加剂浓度的重要性。、

 

7 其他类

 

7.1 离子解救增强剂

 

众所周知，12-冠-4醚对锂离子配位有很好的挑选性，在这种状况下，它的存在有用飞进步了Li盐的安稳性并添加了离子电导率[189-191]。因为溶剂化锂离子的几何尺寸添加，使得锂离子的搬迁率肯定削减，所以电导率的添加首要来源于阳离子。此外，冠醚配体和锂离子之间强螯合作用添加了去溶剂化的活化能，去离子化有必要发生在，锂离子进入电极之前，电解质和电极的界面处。这些劣势和高的毒性使得在锂离子电池中运用冠醚是不太或许的。

 

为了添加锂离子的搬迁数量，Zhang和协作者[192,193]与Lee等[194]独立的提出阳极接收器的概念，用以协同阳离子盐的挑选性。依据这个概念，Zhang和协作者[192,193]规划了一系列中心缺电子的硼化合物，而Lee等[194,195]组成了一系列的线性和环形阿扎醚化合物（38），在化合物中，氮是经过一个强拉电子替代基相连，使氮缺电子。他们的成果显现两种办法都是成功的。经过他们的持续尽力，Lee等规划和组成了数计的含硼，部分或许全氟替代基的阳离子接收器。依据它们的化学结构，这些化组成能够分为以下几类：（1）硼酸盐（39）

 

[84,85,192,193,196-198]，硼烷（40）[80,81,84,85,196,197]，和borole（41）[199,200]，如结构图5所示。

 

结构5 阴离子接受剂的化学结构式

 

成果标明一切的这些阳离子接收器（39-41）在协同阳离子和添加盐（如LiF，LiCl和LiBr）的溶解度的才能是不相同的。从理论上来说，它们能够和阳离子协同生成1：1的化合物。在这些含硼的阳离子接收器中，TPFPB得到了广泛的研讨。在许多有机溶剂和他们的混合物中，TPFPB能够别离高达1.0 M的LiF，生成的溶液时电化学安稳的[84,85]。例如，关于1:2的EC-DMC混合物，在玻璃碳电极，电解质的电化学窗口约为5.0 V，它的阴极电位遭到，0 V 时，在

 

Li+/Li[198] 电极电镀制备的金属锂约束。此外，比较LiPF6电解质[197,198]，溶剂时愈加热安稳的。因而比较在LiOF6电解质中有44%的容量丢失[198]，在55 ?C有50次循环的Li/LiMn2O4电池的容量丢失仅有16%，后者愈加简略得到支撑。再者，在别离器中更好的电解质保留现已作为TPFPB和DMC[201]之间的彼此作用。比较的添加冠醚，添加TPFPB能够削减总的离子电导率和添加锂离子数量的搬迁[198,201]。在下降电导率对电池的速率和功率功用方面没有进一步的陈述。考虑到YPFPB阳离子接收器供给了真实性的长处，假如它的本钱和毒性得到工业规范的接受，那么它在锂离子电势上面的运用看起来对错常有远景的。

 

7.2 Al防蚀剂

 

锂离子电池中的Al腐蚀现已被发现许多年了，而且经广泛研讨发现腐蚀只要是因为Li盐而不是电解质溶剂[202-205]。光谱剖析数据显现，现在阴离子盐的分子基团对在Al外表做钝化处理防止腐蚀上是必不行少的[204,205]。这一状况提醒了阴离子盐在Al外表的钝化处理进程中起到了至关重要的作用。依据这一理论，几种已知能较好钝化Al外表的Li盐已被开发用做防蚀剂维护Al不被腐蚀。例如，Tsujioka等[206,207]在以PCCDEC 或ECCDMC溶剂溶有双（全氟烷基磺酰）亚胺锂（Li-亚胺，通用分子式 LiN(SO2CnF2n+1)2，n=2,3,或4）电解质挑选性参加LiBOB或LiODFB。成果显现，当5mol% 的LiBOB或LiODFB参加到溶液中（盐的总浓度为1 M），Al腐蚀可被彻底的按捺，而且以电压在5.0V下零位电流状况下极化后，经过显微镜调查到的数据显现在极化测验前后，Al外表没有任何的改动。构成的维护首要是因为LiBOB或LiODFB中一个或多个O-B键的断裂并构成的新阴离子不断的与Al3+结合，构成一种非常安稳的网状钝化层[]75

 

7.3 湿润剂和粘性稀释剂

 

当电解质无法快速有用地对非极性聚烯烃别离器湿润时，就需求湿润剂。一般将环状碳酸盐或酯（如PC,EC和γ-丁内酯（GBL））用于电解质中以进步电池的温度功用。离子或非离子外表活性剂是湿润剂的首选。低分子量的环烷烃和芳烃也可列入考虑规模。挑选湿润剂的最低规范便是他们的参加不会给电池外表带来负面影响。如5.1节所述，一些过载维护的中止剂也有湿润的功用。另一方面，Wang等[103]指出比较不加环己烷的电解质中，在以1M LiPF6 1:2 ECCDEC做电解质的Li/石墨电池中参加2-5%环己烷后在第一次循环进程就可将其可逆容量从347mAhg-1进步至354mAhg-1，且库伦功率由84%进步至91%。这个进步的首要原因或许是环己烷进步了电解质对别离器和电极的湿润性，因而添加了电极材料的实用性。其他，也有文献报导了适量的三烷基膦酸盐[208]或高分子量的线型酯[209]（如癸酸甲酯，十二烷乙酸酯和一系列的叔基羧酸）对增强电解质对聚烯烃别离器的渗透性对错常有用的。

 

再者，Zhong和Sacken等[210]指出，少数的P2O5参加至电解质中能有用的削减LiPF6电池的粘度。因为粘度方面大部分都呈现在低温条件下，因而对开发低温锂离子电池是有很大协助的。、

 

8 总结

 

关于锂离子电池，有许多可用的电解质添加剂。在进步电池功用方面每一种添加剂都展现出一种或多种独特的作用。可是，在进步功用的一起，大部分添加剂都或多或少地会发生负面影响。例如，适量的VC可促进SEI构成和Li循环，但

 

是VC也会导致电池循环功用的下降及自放电率的升高。这些进步锂离子电池功用的添加剂中，好像只要LiBOB是仅有一个具有多功用的物质。现在发现的LiBOB的首要功用首要包含：1，与SEI结兼并安稳SEI；2，下降阴极材料的溶解性；3，很好的进步过载耐受性；4，在电解质溶液中对Al进行钝化。其他，因为LiODFB有与LiBOB相类似的结构，因而LiODFB也具有与之相类似的功用。假如各种添加剂之间互不影响，那么多种添加剂的一起运用可到达令人满意的成果。

 

篇6：锂离子电池的展开趋势

摘要：介绍了将电源模块并联，并构成冗余结构进行供电的长处，叙述了几种传统的并联均流电路，评论了各种办法下的作业进程及优缺陷，并对均流技能的展开做了展望。

 

要害词：并联;冗余;均流

 

1 概述

 

跟着电力电子技能的展开，各种电子设备对电源功率的要求越来越高，对电流的要求也越来越大，但受构成电源模块的半导体功率器件，磁性材料等自身功用的影响，单个开关电源模块的输出参数(如电压、电流、功率)往往不能满意要求。若选用多个电源模块并联供电，如图1所示，就不但能够供给所需电流，而且还能够构成N+m冗余结构，(本网网收集整理)进步了体系的安稳性，可谓一举两得。

 

可是，在电源模块并联运转时，因为各个模块参数的涣散性，使其输出的电流不行能彻底相同，导致有些模块负荷过重，有些模块过轻。这将使体系的安稳性下降，会给咱们的出产和日子带来严峻的结果，而且电源模块自身的寿数也会大大缩短。国外有材料标明，电子元器件在作业环境温度超越50℃时的寿数是在常温(25℃)时的1/6。因而，使各并联电源模块的输出电流均匀分配，是进步并联电源体系安稳性的一个有必要处理的问题。

 

本文从均流电路的拓扑结构动身，介绍几种传统的并联均流计划，关于其他均流计划(比方按热应力主动均流法)，暂不做评论。关于文中说到的每一种均流办法，都做了具体的介绍，并结合简略电路图，叙述其作业原理及优缺陷[1][2][3][4]。在文章的终究部分，对并联均流的展开做了简略的展望。

 

2 N+m冗余结构的长处

 

选用N+m冗余结构运转，能够进步体系安稳性。

 

N+m冗余结构，是指N+m个电源模块一起给体系供电。这儿N标明正常作业时电源模块的个数，m标明冗余模块个数。m值越大，体系作业可靠性越高，可是体系本钱也会相应添加。

 

在正常的作业状况下，由N个模块供电。当其间某个或许某些模块发生毛病时，它们就退出供电，而由m个模块中的一个或悉数顶替，然后确保整个体系作业的持续性及安稳性。

 

以某个输出电流为100A的体系为例来阐明冗余结构运转的长处，这儿只评论1+1，2+1，3+1三种作业办法，如图2所示。各电源模块的作业状况由Kn的闭合状况决议。

 

假如选用1+1冗余结构，即选用两个输出电流为100A的`电源模块并联供电。正常状况下只要一个模块作业，当它发生毛病，退出作业时，另一个模块开端作业，系?依然能正常运转。

 

假如选用2+1冗余结构，即选用3个输出电流为50A的电源模块并联供电。正常状况下只要两个模块作业，当其间之一发生毛病，退出作业时，另一个模块开端作业，体系依然能正常运转。

 

假如选用3+1冗余结构，即选用4个输出电流为33A的电源模块并联供电，正常状况下只要3个模块作业，当其间之一发生毛病，退出作业时，另一个模块开端作业，体系依然能正常运转。

 

比较上面三种作业办法，选用2+1这种办法最好，这是因为，1+1办法中有一半的功率被闲置，而3+1办法中运用元器件太多，本钱过高，经济性不好。

 

3 几种传统的并联均流计划

 

3.1 下垂法

 

下垂法全称外特性下垂法，也叫做斜率操控法。在并联电源模块体系中，各个电源模块是独立作业的。每个模块依据其外特性以及电压参数值来确认输出电流。在下垂法中，首要是运用电流反应信号来调理各模块的输出阻抗，也便是调理Vo=f(Io)的斜率，然后调理输出电流。其作业原理图如图3所示。

 

Ri为任一并联模块输出电流Io的采样电阻，经电流扩大发生电流反应电压信号Vi，Vf为输出电压反应，Vr为Vi与Vf的和，Vg为操控基准电压(5V)，Ve为误差电压。当某一模块输出电流Io偏大时，电压与电流反应组成信号Vr=Vi+Vf增大，与Vg进行比较后，使Ve减小，Ve反应回电源模块的操控部分，使该模块的输出电压Vo下降，则Io减小，即Vo=f(Io)外特性下调。每个模块各自调整自己的输出电流，就能够完结各模块的并联均流。

 

这种办法的长处是简略，不需求外加专门的均流设备，归于开环操控。缺陷是调整精度不高，每个模块有必要进行个别调整，

 

假如并联的模块功率不同的话，简略呈现模块间电流不平衡的现象。

 

3.2 主从电源法

 

主从电源法是将并联的多个电源模块中的一个作为主模块，其他模块跟从主模块作业。具体作业进程是：主模块的作业电流与输出反应信号进行比较，将差值信号反应回各电源模块(包含主模块和从模块)的操控电路，然后调理各模块的输出电流巨细。

 

如图4所示，设模块1为主模块，其输出电流的采样电压为V1，其他模块输出电流的采样电压为Vn。当某一模块输出电流偏大时，相应的Vn增大，与V1比较，得到的Ven减小，反应给该模块的操控电路中，减小其输出电流，然后完结均流。

 

主从模块法的长处是不须外加专门的操控电路。其缺陷是，各个模块间需求有通信联系，连线比较复杂;其最大缺陷是，一旦主模块呈现毛病，则整个电源体系将崩溃，所以，不能用于冗余结构中。

 

3.3 主动均流法和最大电流法

 

主动均流法也叫单线法，其作业原理是，将各电源模块都经过一个电流传感器及一个采样电阻接到一条均流母线上。

 

如图5所示，当输出到达均流时，输出电流I1为零。反之，则电阻R上因为有电流I1流过，在其两端发生一个电压Uab，这个电压经过扩大器A输出电压Uc，它与基准电压Ur比较后的ΔU，反应回电源模块的操控部分，然后调理输出电流，终究完结均流。

 

主动均流法的长处是，电路简略，简略完结。缺陷是，假如有一个模块与均流总线短路，则体系就无法均流，而且单个模块限流也或许引起体系不安稳。

 

若将图5中的电阻用一个二极管替代，二极管正端接a，负端接b。这样，N个并联的电源模块中，只要输出电流最大的那个模块的电流才能使与它衔接的二极管导通，然后均流总线电压就等于该模块的输出电压，其他模块则以均流总线上的电压为基准，来调理各自的输出电流，然后完结均流。

 

假如单纯以二极管来替代采样电阻，则因为二极管自身有正向压降存在，所以，主模块的均流精度会下降，而从模块不受影响。这儿能够用图6所示的缓冲器来替代，然后进步均流精度。

 

选用这种均流办法，参加均流的N个电源模块，以输出电流最大的为基准，这个最大电流模块是随机的，这种均流办法也叫做“民主均流法”。因为最大均流单元作业于主控状况，其他单元作业于被控状况，所以，也把这种办法叫做“主动主从均流法”。

 

美国Unitrode公司开发的UC3907系列集成均流操控芯片便是选用这种作业办法。

 

UC3907芯片使多个并联在一起的电源模块别离承当总负载电流的一部分，而且所承当的负载电流巨细持平。经过监测每个模块的电流，电流均衡母线确认哪个并联模块的输出电流最高，并把它定为主模块，再依据主模块的电流调理其他模块的输出电流，然后完结均流。

 

3.4 外部操控器法

 

外部操控器法便是在各并联电源模块之外，加一个专门进行并联均流操控的外部模块，如图7所示。

 

每个模块的输出电流采样，转化为电压信号，与给定的电压Vcc进行比较，所得差值输入到各电源模块的操控部分，这样就能够完结各模块输出电流的并联均流。

 

这种作业办法，需求外加专门操控器，加大了出资，而且操控器与个电源模块要进行多路衔接，连线较复杂，可是均流作用非常好，各模块输出电流根本持平。

 

4 电源并联均流技能展开的现状及未来展望

 

现在运用较多的并联均流技能是主从操控法，而美国Unitrode公司以最大电流法为根底开宣布的UC3907系列芯片，因为其简略的结构，强壮的功用，而获得了广泛的运用。其具体参数及作业进程。