金属氢化物镍电池储存稳定性与荷电态预测研究

论文摘要

本论文研究了MH-Ni电池的荷电量和储存温度对其电池储存稳定性的影响，通过电化学阻抗谱（EIS）分析电池储存前后阻抗的变化，采用XRD、SEM测试表征电池储存前后电极材料的物相和形貌，并基于储存前后电池的测试数据采用支持向量机（SVM）算法建模预测MH-Ni电池储存后的荷电态。MH-Ni电池以不同荷电量在不同温度条件下储存后，电池内阻平均增大6mΩ，开路电压下降，45℃储存后荷电量75％时电池开路电压下降至1.284V，而60℃储存后荷电量75％时电池开路电压下降到1.264V。电池储存后自放电较大，不同荷电量电池储存后荷电保持率均低于80％，荷电量100％电池60℃储存后荷电保持率最低，不足60％，相比储存前下降了约30％，荷电量为75％的电池储存后荷电保持率最高，45℃储存后为75.63％，60℃储存后为71.67％。电池储存后放电容量和放电平台均下降，且60℃储存其容量衰减程度远大于45℃；5C高倍率放电，电压随放电时间延长出现先降后升的勺形现象，放电平台和放电容量随荷电量的逐步增加呈现一致下降的趋势，60℃储存后荷电量100％时电池对应的容量衰减率最大，约为15.5％。EIS图谱拟合表明随电池放电进行，荷电量降低，电池欧姆内阻增大，而电化学反应阻抗降低；电池储存过程中电池负极稀土元素被碱液腐蚀，储氢合金粉发生粉化，正极球镍结构被破坏且发生不可逆相变，电池隔膜表面破损、隔膜纤维变粗、孔隙减小且有杂质嵌入，使电池的性能恶化。应用支持向量机（SVM）技术建模，选取RBF做为最佳核函数，采用交叉验证法控制精度，分析电池储存前EIS测定数据及电池储存过程中开路电压和内阻测试数据，对电池储存后的荷电态进行预测，准确率分别为80.0％和97.1％。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 MH-Ni 电池的简介
• 1.3 MH-Ni 电池的工作原理及结构
• 1.4 MH-Ni 电池的发展现状
• 1.4.1 国际 MH-Ni 电池的发展现状
• 1.4.2 我国 MH-Ni 电池的发展现状
• 1.4.3 我国 MH-Ni 电池与国际水平的差距
• 1.4.4 MH-Ni 电池的发展方向
• 1.5 MH-Ni 电池储存性能的研究概况
• 1.6 MH-Ni 电池的失效原因研究
• 1.6.1 电极衰退
• 1.6.2 内压升高
• 1.6.3 阻抗升高
• 1.7 本课题的研究内容及意义
• 第二章 试验研究内容及方法
• 2.1 试验仪器和试剂
• 2.2 电池的制作与储存
• 2.3 电池的性能测试
• 2.4 电化学交流阻抗法分析
• 2.5 XRD 和 SEM 分析
• 第三章 MH-NI 电池的储存稳定性研究
• 3.1 MH-Ni 电池储存前后的性能研究
• 3.1.1 充放电曲线测试
• 3.1.2 荷电保持能力测试
• 3.1.3 高倍率放电性能测试
• 3.1.4 其它性能参数
• 3.2 MH-Ni 电池储存前后的 EIS 分析
• 3.2.1 EIS 数据的采集
• 3.2.2 EIS 数据的分析与拟合
• 3.3 MH-Ni 电池储存前后的材料结构研究
• 3.3.1 材料的 XRD 分析
• 3.3.2 材料的 SEM 分析
• 3.3.3 电池的解剖分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 MH-NI 电池的荷电态预测
• 4.1 交流阻抗法
• 4.2 基于支持向量机的电池荷电态预测
• 4.2.1 SVM 简介
• 4.2.2 数据的选取与处理
• 4.2.3 MH-Ni 电池的 SVM 建模
• 4.2.4 模型的学习与训练
• 4.2.5 预测结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果