【Applied Energy 最新原创论文】综述:通过早期循环进行锂离子电池寿命预测

学术   2024-09-16 18:30   美国  

原文信息:

Predict the lifetime of lithium-ion batteries using early cycles: A review

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626192401554X

Highlights

•讨弥补了通过早期循环预测电池寿命这一前沿领域缺乏系统综述的空白

归纳了锂离子电池的主要老化机理及其对电池循环寿命的影响规律

定义了早期循环的概念并分析了通过早期循环进行寿命预测的数据来源

• 总结了当前利用早期循环进行寿命预测的主要方法及其特点和预测能力

• 深入探讨了通过早期循环预测电池寿命所面临的主要挑战和发展前景

摘要

近年来,随着锂离子电池的快速发展,基于早期循环预测其剩余寿命的重要性日益凸显。在锂电池寿命的早期阶段进行准确的寿命预测对电池的合理设计、优化生产、高效管理和安全使用至关重要。本文首先系统分析了锂离子电池的主要老化机制,突出了通过早期循环预测电池寿命的重要性和紧迫性。随后,将锂离子电池寿命的早期预测进展分为四类:机理引导方法、经验模型方法、数据驱动方法和综合融汇方法。全面介绍了每种方法的特点及其代表性研究工作,并通过预测性能和预测能力比较总结了每种方法的优势与局限性。最后,系统深入剖析了该领域当前所面临的主要挑战和发展前景。本文对利用早期循环预测电池寿命的基本原理、主要方法、发展趋势和典型应用进行了全面而精炼的介绍,有助于推动更加先进、精确、高效、简便的预测技术及理论发展。

Abstract

With the rapid development of lithium-ion batteries in recent years, predicting their remaining useful life based on the early stages of cycling has become increasingly important. Accurate life prediction using early cycles (e.g., first several cycles) is crucial to rational design, optimal production, efficient management, and safe usage of advanced batteries in energy storage applications such as portable electronics, electric vehicles, and smart grids. In this review, the necessity and urgency of early-stage prediction of battery life are highlighted by systematically analyzing the primary aging mechanisms of lithium-ion batteries, and the latest fast progress on early-stage prediction is then comprehensively outlined into mechanism-guided, experience-based, data-driven, and fusion-combined approaches. The key models of each method and their typical research works are profoundly analyzed, and the pros and cons of each method are then evolved with an in-depth comparison of their prediction performances. The current challenges and future perspectives of early-stage prediction are finally addressed. This review is advantageous in fully and briefly understanding the principles, methods, development, and application of early-stage prediction of battery life and is directed to expedite research on novel, accurate, efficient, and simple theories and technologies for early-stage prediction..

Keywords

Battery life

Progress on life prediction

Mechanism-guided model

Data-driven model

Energy storage

Graphics

图1 图文摘要

图2 机理引导的预测方法示意图

图3 基于经验模型的预测方法示意图

图4 使用机器学习方法在早期阶段进行电池寿命预测的方法框图

图5使用深度学习方法在早期阶段进行电池寿命预测的方法框图

图6 机理与数据融合驱动的寿命预测方法

团队简介

      本研究由西安交通大学精密微纳制造技术全国重点实验室、陕西省智能机器人重点实验室、机械工程学院的研究人员共同完成。

通讯作者简介:

      孙孝飞,西安交通大学教授、博士生导师,IAAM Fellow,三秦青年科技创新之星,主要从事先进储能材料与器件及其智能制造研究。在Advanced Functional Materials、Journal of Energy Chemistry、Energy & Environmental Materials等期刊发表论文70余篇,编写教材和专著3部,申请国家发明专利40余项,获批计算机软件著作权6项,制定团体标准7项,受邀做学术报告逾30次,荣获陕西省科学技术二等奖、陕西省高等学校科学技术一等奖(2项)、谢友柏院士奖教金等奖励。

第一作者简介:

       梅雪松,西安交通大学教授、博士生导师,国家级领军人才,教育部创新团队带头人,长期从事激光精密加工、数字控制技术、智能工厂和工业机器人等研究。在Advanced Materials、International Journal of Extreme Manufacturing、ACS Nano、IEEE Transactions on Industrial Informatics等期刊发表论文500余篇,主编教材和专著5部,获国内外发明专利200余项、计算机软件著作权50项,制定国际/国家/行业/团体标准近20项,受邀做学术报告100余次,荣获国家科技进步二等奖2项、国家级教学成果二等奖2项、省部级科技一等奖6项等奖励。

关于Applied Energy

本期小编:周佛金;审核人:武于丹

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