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锂离子电池管理芯片的研究及其低功耗设计

近年来,锂离子电池以其能量密度高、自放电率低、单节电池电压高等优点,获得了广泛应用,相应的电池管理芯片研究也在不断地完善与发展。其中,为了尽可能保证电池使用的安全性并且延长电池的使用寿命,电池管理芯片的功能及低功耗研究显得更为迫切和必要。目前的低功耗理论研究,通常将数字电路和模拟电路分开考虑,并且大多应用于实时嵌入式系统。本文从混合信号单芯片系统的功耗优化方法出发,针对低功耗、高精度的应用要求,对锂离子电池管理芯片的低功耗和保护功能作了研究。作为低功耗设计的理论基础,本文从数字电路的基本功耗方程出发,重点讨论了各设计层次优化功耗的方法;对影响模拟电路低功耗的基本和实际限制条件作了分析推导后,对亚阈值电路、电流模式、浮栅和体驱动MOS管等低压低功耗技术进行了分析比较;并且指出在传统优化的基础上,可以将数字电路的系统级动态功耗管理技术推广到整个混合信号系统。在系统功能设计方面,详细分析了锂离子电池管理芯片的应用特点,提出过放电电压、  (本文共122页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学
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锂离子电池锰基正极材料的合成与表征

尖晶石结构的LiMn2O4材料由于其稳定性好、无污染、工作电压高、成本低廉等诸多优点,被认为是最有发展前途的锂二次电池正极材料。本论文对LiMn2O4和LiNixMn2-xO4材料的制备以及它们的晶体结构和电子结构进行了全面系统地研究,取得了一系列有价值的研究成果。以硝酸锂和乙酸锰为原料,采用乳液干燥法合成了具备尖晶石结构的LiMn2O4材料。前驱体的差热-热重(TGA-DTA)分析表明,LiMn2O4材料的合成温度区间为 300℃~900℃。通过对样品的XRD研究发现,在 500℃~800℃之间制备的材料具有良好的立方尖晶石结构,并且随着烧结温度的升高,材料的晶格常数有所提高。利用扫描电子显微镜(SEM)研究了在不同烧结温度下样品的形貌特征。结果表明,随着烧结温度的升高,样品颗粒经历了由疏松到团聚,再到均匀分布的过程,其中 800℃时制备的样品具有最佳的形貌特征,表现为样品颗粒呈现规则的多面体形状,粒度分布非常均匀,平均粒径约...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉大学
武汉大学

锂离子电池若干应用基础问题研究

锂离子电池作为新一代二次电池体系,具有高比能量及高比功率等显著特点,是移动式电子设备、电动汽车、以及国防军工等高技术应用的理想选择。目前制约锂离子电池进入某些重要应用的最主要问题是电池的安全性及低温电性能有待进一步提高。本论文针对锂离子电池现存的一些应用基础问题进行了研究,主要结果有:1、针对天然石墨负极存在的首次充放电效率低这一应用问题,提出了采用聚合物表面修饰石墨的新方法。结果发现:通过在天然石墨表面修饰聚二甲基硅氧烷,加速了石墨负极表面SEI膜的形成,降低了电极第一周充放电时的不可逆容量损失,从而提高了电极的首次充放电效率。当石墨表面的聚二甲基硅氧烷修饰量为5%时,电极在保持可逆容量基本不变的情况下,第一周充放电效率提高了14%。对比研究结果表明,修饰石墨电极的循环性能也得到了显著改善。2、针对锂离子电池存在的过充安全性问题,提出了利用电氧化聚合反应实现电池内部短路或断路,从而实施安全保护的新思路。实验结果发现,联苯具有合...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

厦门大学
厦门大学

影响锂离子电池阴极行为诸因素的研究

在锂离子电池中,阴极是一个控制性能的关键电极。阴极在很大的程度上控制电池的充放电性能,阴极的放电电位控制着电池的放电平台;电池在不同温度的阻抗主要来自于阴极阻抗的贡献;在电池充放电循环过程中性能的衰退主要由于电化学反应阻抗的增加所致,而反应阻抗增加又主要由阴极的反应阻抗增大所贡献。迄今为止大量的研究集中在以半电池为对象的单电极行为,对实际电池体系的阴极行为研究较少,相关的工艺基础研究也不多,而对实际电池体系阴极行为的研究更具有必要性和实用性。本文在对锂离子电池、特别是聚合物锂离子电池的性能及工艺技术进展进行评述、对锂离子电池不同阴极材料的产业化可行进行了对比分析的同时,对锂离子电池工艺、电化学参数、电池性能三者之间的关系进行了讨论;采用多种物理、化学及电化学分析测试手段,对实际锂离子电池体系中影响锂离子电池阴极行为的诸多因素进行了研究。稳定的工艺平台对研究工艺与电化学参数及电池性能至关重要。在回顾了国内外锂离子电池工艺及设备进展...  (本文共137页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)
中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所)

锂离子电池安全性研究及影响因素分析

锂离子电池因其高能量密度及采用有机易燃电解液体系,当发生误用或滥用时,在一定条件下引发热失控,会引起不安全事故。特别对于动力电池系统的电池组,若各单体处于非均衡状态,则对某一特定单体电池,无异于处于滥用状态,该单体电池的不安全可能引起整个电池组的不安全。因此对电池体系的安全性研究已成为当前锂离子电池领域的研究热点。首先通过对文献总结,阐述了锂离子电池安全性的实质即热的产生和散逸的竞争过程,并给出了安全-不安全的能量触发过程图。论文研究了不同单体锂离子电池在不同循环状况和不同使用条件下对滥用的容忍程度以及发生安全性问题的主要原因。系统地研究了2000只商用铝塑膜包装LiCoO_2/MPCF锂离子电池在循环过程中耐滥用能力的变化和其起因。在实验循环范围内,循环对机械滥用的安全性影响甚小,对电、热滥用的安全性有明显的影响。对过充电、短路和热箱实验都有一个相应的循环次数,循环小于该次数,电池为安全,循环大于该次数,电池为不安全,而且随循...  (本文共160页) 本文目录 | 阅读全文>>

吉林大学
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LiMnO_2体系结构与性能的第一性原理研究

本论文采用第一性原理超软赝势平面波法研究了锂离子电池正极材料LiMnO_2体系在不同晶体结构与化学组分下的电子结构与性能,为理解该材料的状态与性质、指导该材料的合成与改性提供了一些有价值的成果。对菱方LiMnO_2的研究发现其中的Mn~(3+)离子以非寻常的低自旋态形式存在,这是该材料的纯相结构尚未成功制备的主要原因,也使该材料可能具有半金属特性而应用于自旋电子学领域。遵循理论预测出的合成途径,成功制备出了Cr掺杂的菱方LiMnO_2,并由磁性实验证实了Mn~(3+)离子的低自旋态。通过对单斜LiMnO_2体系的研究,揭示出了:抑制Jahn-Teller畸变的方法;Al掺杂能提高结构稳定性、改善电化学循环性能的主要机制;纯相结构的电化学循环容量极易大幅衰减的主要原因;比传统的几何失措机制更能合理、透彻地解释该材料在低温时表现出的自旋玻璃态等复杂磁性的反铁磁相互作用和铁磁相互作用之间的竞争机制。正交LiMnO_2的复杂磁性也是反铁...  (本文共214页) 本文目录 | 阅读全文>>