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2021年08月13日 | 洛斯阿拉莫斯实验室:开发硅负极涂层 有望提升电池容量

2021-08-13 来源:盖世汽车

在硅线锂离子电池中,电解液会剥离硅,阻断电子通路并大大降低充电能力。据外媒报道,为了开辟新的研究途径,研究人员详细研究这一过程,以充分利用硅的巨大潜力,打造高容量、长效电池,从而彻底改变手机、汽车等设备。


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(图片来源:洛斯阿拉莫斯国家实验室)


洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的科学家Jinkyoung Yoo表示:“基于新的认识,我们提议开发一种涂层方法,将硅与电解液隔离开来,从而提升硅纳米线锂离子电池的性能。”


研究人员认为,在下一代锂离子电池的实际应用中,硅是最有前途的高容量负极材料。在锂离子电池中,使用基于石墨的负极,可使电动汽车的续航里程超过400英里。硅负极电池的存储容量,是石墨负极电池的10倍多,但由于反复充电后会出现容量衰减,其开发受到阻碍。经过100次充放电循环后,使用硅的电池只能保留60%的原始存储容量。就日常技术而言,这还不够好。目前,其确切原因尚不明了。


在早期应用中,当硅球形粒子暴露在电解液中并进行充电时,会膨胀300%并破坏负极。在所有类型的电池中,将负极暴露于电解质的过程,会产生形成固体电解质界面膜(SEI) 的反应。SEI对电池中的电化学反应至关重要,并控制着电池稳定性。当SEI从负极分离时,如同剥离硅一样,电接触断开,电池容量下降。研究人员表示:“我们曾经认为,采用纳米线,可以解决硅在电解液中膨胀的问题。因为线长度可以拉长。然而,事实证明,我们并没有搞明白。”


为了深入进行研究,研究人员在不锈钢圆盘上种植了一片硅纳米线“森林”,作为电池实验的负极。该实验室的CINT设施具有独特的能力,可以使负极上直接生长这种硅线。然后,结合低温扫描透射电子显微镜与先进的分析算法,以3D方式揭示硅纳米线的相关结构和化学演化,及在其上形成的SEI。


新的研究发现,电解液会渗透到硅纳米线中的各个地方,形成SEI口袋,破坏电子通道。经过这一过程,最终在负极上形成孤立的硅岛,无益于电池容量。研究人员计划,下一步是在硅颗粒或纳米线上覆以涂层,以在电解液存在的情况下保持硅的完整性。


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Analog Devices Inc.(ADI)是一家全球领先的半导体公司,提供广泛的模拟和数字信号处理技术。以下是Analog Devices公司发展的相关故事:

  1. 创立与初期发展:Analog Devices成立于1965年,由两位前哈佛大学教授Ray Stata和Matt Lorber创立。公司最初的目标是利用集成电路技术开发高性能的模拟信号处理器。在早期,Analog Devices主要专注于生产模拟运算放大器、数据转换器和传感器等产品。

  2. 技术创新与产品扩展:Analog Devices在技术方面取得了多项重要突破,包括模拟信号处理、数据转换和射频技术等领域。公司不断推出新产品,拓展业务领域,涉及到汽车、工业、通信、医疗和消费类电子等多个行业。其中,ADI的高精度数据转换器和惯性传感器在市场上备受推崇。

  3. 全球扩张与市场渗透:Analog Devices通过不断扩大全球市场的覆盖范围,加强了与客户的合作关系。公司在美国、欧洲和亚洲等地设立了办事处和生产基地,以满足不同地区市场的需求。此外,ADI还与众多的合作伙伴建立了长期稳定的合作关系。

  4. 收购与整合:为了加强自身的技术实力和市场竞争力,Analog Devices积极进行并购,以扩大产品组合和提升技术能力。近年来,ADI收购了一系列具有战略意义的公司,如Linear Technology、Hittite Microwave Corporation和Maxim Integrated等,加速了公司在多个领域的布局和发展。

  5. 持续创新与未来展望:作为模拟和数字信号处理领域的领先者之一,Analog Devices继续致力于技术创新和产品研发。公司不断推出新产品和解决方案,以满足日益复杂和多样化的市场需求。未来,Analog Devices将继续围绕智能化、连接性和可持续性等方面开展创新,助力客户在不同行业实现更多的应用和发展。

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对于快速充电IC(bq2002)电路,网友可能还会有多种问题,以下是一些常见问题及其回答:

一、电路设计相关问题

  1. BQ2002的BAT引脚如何正确接入电池电压?
    • 回答:BQ2002的BAT引脚用于接收电池电压的取样信号。通常,电池电压会经过一个电阻分压网络后接入BAT引脚,以确保BQ2002能够正确检测电池电压。电阻分压网络的输入电阻不应小于200kΩ,以避免对电池电压造成过大影响。
  2. 如何设置BQ2002的充电速率?
    • 回答:BQ2002的充电速率可以通过TM引脚进行设置。当TM引脚接地时,充电速率为1C(即电池容量的1倍)。此外,根据数据手册,TM引脚的不同电平还可能对应不同的充电速率,如C/2或2C,但具体设置需参考具体的数据手册或应用指南。
  3. BQ2002的CC引脚如何控制充电电流?
    • 回答:BQ2002的CC引脚用于控制充电电流的开关,而不是直接调节充电电流的大小。CC引脚有两种状态:高阻态和接地态。当CC引脚为高阻态时,充电电流可以流动;当CC引脚接地时,充电电流被抑制。充电电流的大小通常由外部恒流源(如LM317等)的电阻设置决定,与CC引脚的状态无关。

二、功能实现与调试问题

  1. 为什么BQ2002没有进入快速充电模式?
    • 回答:BQ2002没有进入快速充电模式可能由多种原因造成,如电池电压或温度不符合快速充电条件、TS引脚电压不在正常范围内、或外部电路设计问题等。建议检查电池电压和温度是否满足快速充电条件,同时检查TS引脚电压是否介于0.25VCC和0.4VCC之间(或1.25V和2.0V之间),并确认外部电路设计无误。
  2. BQ2002在充电过程中突然停止充电怎么办?
    • 回答:BQ2002在充电过程中突然停止充电可能是由于电池过热、电池电压过高或外部电路故障等原因造成的。建议检查电池温度是否过高,电池电压是否超出BQ2002的承受范围,并检查外部电路是否有短路或断路等故障。如果问题依旧存在,可能需要更换BQ2002芯片或重新设计外部电路。
  3. 如何调整BQ2002的充电截止电压?
    • 回答:BQ2002的充电截止电压通常是通过外部电路设计来调整的。具体方法可能因电路设计而异,但一般可以通过调整与BAT引脚相连的分压电阻的阻值来改变BQ2002检测到的电池电压值,从而调整充电截止电压。需要注意的是,在调整充电截止电压时,应确保电池不会因过充而损坏。

三、其他常见问题

  1. BQ2002支持哪些类型的电池?
    • 回答:BQ2002通常支持多种类型的可充电电池,如镍氢电池、锂离子电池等。但具体支持的电池类型可能因BQ2002的版本或制造商而有所不同。因此,在使用BQ2002进行电池充电时,应参考具体的数据手册或应用指南以了解支持的电池类型。
  2. BQ2002的功耗如何?
    • 回答:BQ2002的功耗通常较低,但具体功耗值可能因工作条件(如输入电压、输出电流、环境温度等)的不同而有所变化。在设计电路时,应充分考虑BQ2002的功耗对系统整体性能的影响,并采取相应的措施来降低功耗。

以上是针对快速充电IC(bq2002)电路的一些常见问题及其回答。需要注意的是,由于BQ2002的具体应用可能因电路设计、电池类型等因素而有所不同,因此在实际应用中应参考具体的数据手册或应用指南以获取准确的信息。

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