农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法技术

本发明专利技术涉及一种农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法，包括：在分子结构级设计锂离子电池的负极材料的微观结构；根据所述微观结构模拟并计算锂离子电池的负极材料的充放电性能；模拟并计算锂离子电池的电极材料在预设极端条件下的热稳定性性能；根据锂离子电池的负极材料的充放电性能和热稳定性性能评估锂离子电池的安全性性能。本发明专利技术通过模拟并计算所述锂离子电池的负极材料的充放电性能以及在预设极端条件下的热稳定性性能，以评估所述锂离子电池的安全性性能，可提高电池负极材料的性能检测的速度，简化检测过程，减少实验工作量，并且可降低对检测设备的要求，节省实验成本，进而可提高检测结果的准确率，降低相对误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法。
技术介绍
传统农业中大多使用孤立的、没有通信能力的机械设备，主要依靠人力勘测土质状况，跟踪温度水分，检测农作物的生长周期。这样既会耗费大量人力财力，而且还会出现信息的延误现象，影响对农作物管理的及时决断。采用无线传感器网络可以精确地获取农作物环境信息和农作物的生长状况的数据。由于传感器节点常被部署在复杂恶劣的环境中，因此大多数情况下是不可能接入正常的电力系统供电的。目前传感器节点主要依靠锂离子电池供电，为保证节点能较长时间的稳定工作，对供电模块电池的性能提出了较高的要求。锂离子电池的性能在很大程度上是由用于存储锂离子的电极材料决定的，而负极材料在锂离子电池的电极材料中发挥着重要的作用。因此，研究高性能锂离子电池的负极材料是设计高性能锂离子电池的关键所在。目前商业化的锂离子电池的负极材料是石墨，其比容量(372mA h g-1)低且存在安全隐患，因而学术界和研发界的研究主要集中在碳基负极材料上，其中既包括传统碳材料的改性，也包括新型碳基材料的开发。为了满足客户要求和增加自身在本行业内的竞争实力，电池制造商不断开发新的电池材料和改善原有材料来提升电池的容量和循环寿命等性能，同时要求采用新材料或改善后的原有材料制作的锂离子电池能够满足关于电池安全的工业标准和准则。总的说来，锂离子电池的性能检测通常包括电池充放电检测以及热稳定性能检测。一方面，传统锂离子电池充放电检测一般通过电源及负载来实现，需通过人工观察电源及负载是否有电流通过，以判断电池能否充放电，该方式效率低，且容易错漏检；另一方面，通过制作实效电池进行电池热稳定性能检测会耗费大量的时间和资金，并且测试过程中很难确定电池处在高温下，电池内部电极材料进行化学反应的全过程。
技术实现思路
针对传统锂离子电池充放电检测效率低，且容易错漏检以及通过制作实效电池进行电池热稳定性能检测会耗费大量的时间、资金且测试过程中很难确定电池内部电极材料进行化学反应的全过程的缺陷，本专利技术提出一种农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法，包括：在分子结构级设计锂离子电池的负极材料的微观结构；根据所述微观结构模拟并计算所述锂离子电池的负极材料的充放电性能；模拟并计算所述锂离子电池的电极材料在预设极端条件下的热稳定性性能；根据所述锂离子电池的负极材料的充放电性能和热稳定性性能评估所述锂离子电池的安全性性能。可选地，所述在分子结构级设计锂离子电池的负极材料的微观结构，包括：基于预设材料计算软件获取石墨的晶胞结构；根据所述晶胞结构切出晶面指数为(111)的面，以搭建石墨烯结构；其中，所述石墨烯结构为3×3晶胞结构；为搭建的所述石墨烯结构引入缺陷，以增加锂离子插入/脱插的通道以及锂离子的存储位置。可选地，所述为搭建的所述石墨烯结构引入缺陷，以增加锂离子插入/脱插的通道以及锂离子的存储位置，包括：删除所述石墨烯结构中的一连接着三个六元环的碳原子，以得到引入缺陷的石墨烯结构；其中，将所述微观结构的真空层厚度设为可选地，所述根据所述微观结构模拟并计算所述锂离子电池的负极材料的充放电性能，包括：检测所述锂离子电池的负极材料的容量以及循环寿命。可选地，所述检测所述锂离子电池的负极材料的容量以及循环寿命，包括：对引入缺陷的所述石墨烯结构进行性质计算，并获得所述引入缺陷的石墨烯结构的第一态密度数据文件；基于单个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型，搭建多个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型；对所述多个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型进行性质计算，以获得此条件下第二态密度数据文件；根据所述多个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型进行热力学分析，并计算脱附反应的吉布斯自由能；根据所述第一态密度数据文件和所述第二态密度数据文件分析计算所述引入缺陷的石墨烯结构作为所述锂离子电池的负极材料的比容量和电极电势；分别根据所述比容量和所述电极电势与比容量阈值和电极电势阈值的比较结果，评估所述锂离子电池的负极材料的性能。可选地，所述对引入缺陷的所述石墨烯结构进行性质计算，并获得所述引入缺陷的石墨烯结构的第一态密度数据文件之前，所述方法还包括：确定所述锂离子电池的负极材料的微观结构的计算参数；其中，所述计算参数包括所述锂离子电池的负极材料的微观结构的能量、梯度、位移和自洽场的收敛标准；根据确定的所述计算参数对所述锂离子电池的负极材料的微观结构进行模型优化和能量计算。可选地，所述方法还包括：对所述引入缺陷的石墨烯结构进行优化处理，以得到引入缺陷的石墨烯结构的稳定构型。可选地，所述模拟并计算所述锂离子电池的电极材料在预设极端条件下的热稳定性性能，包括：模拟并计算所述预设极端条件下，所述锂离子电池的电极材料的总反应放热量。可选地，所述模拟并计算所述预设极端条件下，所述锂离子电池的电极材料的总反应放热量，包括：计算所述预设极端条件下，所述锂离子电池的电极材料的负极SEI膜的分解反应速率、负极/电解液的分解反应速率、正极/电解液的分解反应速率以及电解液的分解反应速率；根据所述锂离子电池的电极材料的负极SEI膜的分解反应速率、负极/电解液的分解反应速率、正极/电解液的分解反应速率以及电解液的分解反应速率确定所述锂离子电池的电极材料的总反应放热量。可选地，所述预设极端条件包括绝热环境。本专利技术的农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法，通过在分子结构级设计锂离子电池的负极材料的微观结构，并根据所述微观结构模拟并计算所述锂离子电池的负极材料的充放电性能以及在预设极端条件下的热稳定性性能，以根据所述锂离子电池的负极材料的充放电性能和热稳定性性能评估所述锂离子电池的安全性性能，可实现任意电池负极材料的性能检测，提高检测速度，简化检测过程，减少实验工作量，并且可降低对检测设备的要求，节省实验成本，进而可提高检测结果的准确率，降低相对误差。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个实施例的农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法的流程示意图；图2为本专利技术一个实施例的引入缺陷的石墨烯的结构示意图；图3为图2所示实施例的引入缺陷的石墨烯结构的态密度图；图4为本专利技术一个实施例的单个锂原子吸附在引入缺陷的石墨烯的结构示意图；图5为图4所示实施例的引入缺陷的石墨烯结构的态密度图；图6为本专利技术一个实施例的多个锂原子吸附在引入缺陷的石墨烯的结构示意图；图7为图6所示实施例的引入缺陷的石墨烯结构的态密度图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术一个实施例的农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法，其特征在于，包括：在分子结构级设计锂离子电池的负极材料的微观结构；根据所述微观结构模拟并计算所述锂离子电池的负极材料的充放电性能；模拟并计算所述锂离子电池的电极材料在预设极端条件下的热稳定性性能；根据所述锂离子电池的负极材料的充放电性能和热稳定性性能评估所述锂离子电池的安全性性能。

【技术特征摘要】
1.一种农田无线传感器网络节点锂离子电池性能测试方法，其特征在于，包括：在分子结构级设计锂离子电池的负极材料的微观结构；根据所述微观结构模拟并计算所述锂离子电池的负极材料的充放电性能；模拟并计算所述锂离子电池的电极材料在预设极端条件下的热稳定性性能；根据所述锂离子电池的负极材料的充放电性能和热稳定性性能评估所述锂离子电池的安全性性能。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在分子结构级设计锂离子电池的负极材料的微观结构，包括：基于预设材料计算软件获取石墨的晶胞结构；根据所述晶胞结构切出晶面指数为(111)的面，以搭建石墨烯结构；其中，所述石墨烯结构为3×3晶胞结构；为搭建的所述石墨烯结构引入缺陷，以增加锂离子插入/脱插的通道以及锂离子的存储位置。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述为搭建的所述石墨烯结构引入缺陷，以增加锂离子插入/脱插的通道以及锂离子的存储位置，包括：删除所述石墨烯结构中的一连接着三个六元环的碳原子，以得到引入缺陷的石墨烯结构；其中，将所述微观结构的真空层厚度设为4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述微观结构模拟并计算所述锂离子电池的负极材料的充放电性能，包括：检测所述锂离子电池的负极材料的容量以及循环寿命。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述检测所述锂离子电池的负极材料的容量以及循环寿命，包括：对引入缺陷的所述石墨烯结构进行性质计算，并获得所述引入缺陷的石墨烯结构的第一态密度数据文件；基于单个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型，搭建多个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型；对所述多个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型进行性质计算，以获得此条件下第二态密度数据文件；根据所述多个锂原子吸附在所述引入缺陷的石墨烯结构的构型进...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪祎晟，吴华瑞，张丽红，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11