答辩博士：周浩兵
指导教师：周飞教授
论文题目：NCM811正极材料的绿色制备及其电池热管理研究
答辩委员会：
主席：周剑秋 教授/博导 南京工业大学
委员：尹必峰 教授/博导 江苏大学
毛焕宇 教授 苏州宇量电池有限公司
苏宏华 教授/博导 南京航空航天大学
陈蔚芳 教授/博导 南京航空航天大学
陈炳发 教授/硕导 南京航空航天大学
周 飞 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：孔继周 副教授/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2020年9月12日 14:30
地 点：南航明故宫校区A6-201
学位论文简介：
纯电动和混合动力汽车的推广应用仍面临着续航和安全问题。本文探索了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811)正极材料的绿色制造工艺，揭示了温度对Al2O3包覆NCM811正极材料的影响机理，并进一步对Al2O3包覆NCM811作为正极材料的18650型锂离子电池进行了热特性和热管理研究。
具体工作为：
（1）研究了采用无氨络合剂（柠檬酸钠和谷氨酸钠）共沉淀合成Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2前驱体，在非纯氧氛围下（H2O2预氧化并在流动净化空气中烧结）制备NCM811正极材料的一种绿色低成本制备工艺。揭示了前驱体预氧化和流动净化空气烧结氛围对NCM811正极材料的影响机理。
（2）探究了工作温度(-15°C~55°C)对Al2O3包覆NCM811正极材料电化学性能的影响机理。明确了Al2O3包覆NCM811正极材料的最佳工作温度范围。
（3） 研究了以Al2O3包覆NCM811为正极材料的18650型锂离子电池的产热规律。并进一步探究了分布式风冷热管理方案对锂离子电池模组在常规应用条件下热特性的影响规律。
（4）建立并验证了螺旋半圆管式液冷方案下锂离子电池的热-流耦合模型并进行了仿真研究。探究了螺旋半圆管式并行液冷热管理方案对锂离子电池在高倍率下放电过程中最大温度和温差的影响规律。
（5）研究了分布式的风冷和螺旋半圆管式的液冷相结合的热管理方案对锂离子电池热特性的影响。验证了这一混合热管理策略的有效性。
主要创新性结论如下：
（1）揭示了H2O2预氧化并在流动净化空气中烧结方法有利于降低NCM811正极材料表面NiO相和氧缺失现象，进而降低正极材料的界面膜阻抗和电化学转移阻抗，从而提高正极材料锂离子扩散系数的机理。
（2）建立了三种等效电路模型对Al2O3包覆NCM811正极材料的电化学阻抗图谱进行拟合。分析了正极材料电荷转移阻抗Rct-1与绝对温度之间的Arrhenius定律。阐明了Al2O3包覆NCM811正极材料在低温和高温下性能衰减的机理分别为电荷转移阻抗的急剧增加和电解液的分解反应消耗了活性锂。
（3）揭示了以Al2O3包覆NCM811正极材料的锂离子电池在常规条件下的产热规律，提出了分布式风冷热管理方案，建立了基于空气分布管的锂离子电池模组的热-流耦合模型，阐明了这一主动式热管理对锂离子电池热特性的影响机制并进一步表明了这一热管理方案适用的条件及存在的问题。
（4）提出了螺旋半圆管式的液冷热管理方案，建立了螺旋半圆管的锂离子电池热-流耦合模型，揭示了这一热管理方案对锂离子电池的最大温度和温差特性的影响规律。表明了这一热管理方案在应对锂离子电池大倍率时具有优异的换热性能和较低的冷却液额外体积占用率。
