高能量密度与高功率密度兼顾型锂离子电池研究现状与展望 被引量：4

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作者 刘通 杨瑰婷 +4 位作者 毕辉 梅悦旎 刘硕 宫勇吉 罗文雷 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第1期54-76,共23页

锂离子电池已成为当前应用最广泛的储能器件,能量密度、功率密度是评价其性能的两个重要参数。然而,高能量密度与高功率密度存在矛盾,有着“此消彼长”的现象。发展高能量密度和高功率密度兼顾型锂离子电池(简称双高型锂离子电池)对于... 锂离子电池已成为当前应用最广泛的储能器件,能量密度、功率密度是评价其性能的两个重要参数。然而,高能量密度与高功率密度存在矛盾,有着“此消彼长”的现象。发展高能量密度和高功率密度兼顾型锂离子电池(简称双高型锂离子电池)对于进一步满足高效能、现代化装备(如特种装备、电动无人机等)具有重要意义。关键新材料是决定双高型锂离子电池性能的基本和核心因素,电池性能的跃升需要从储能机制、新材料制备技术出发。本文首先介绍了双高型锂离子电池的定义及关键性能指标,随后综述了双高型锂离子电池关键正极、负极材料及其改性策略等方面的研究进展,以及不同类型的电解质对锂离子电池性能的影响,并对双高型锂离子电池的设计和研发进行了讨论,总结了研究现状、面临的挑战和未来发展趋势,为下一代双高型锂离子电池的设计开发提供了新思路。 展开更多

关键词 双高型锂离子电池 高能量密度 高功率密度 高容量高倍率电极材料 高电压高导电电解质 电池设计

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锂离子电池正极补锂技术研究进展 被引量：2

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作者 梅悦旎 屈雯洁 +5 位作者 程广玉 向永贵 陆海燕 邵晓丹 张益明 王可 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第1期77-89,共13页

锂离子电池在首次充电过程中,负极表面形成固态电解质界面膜(SEI膜)的过程会不可逆地消耗电池体系中的活性锂含量,影响电池的能量密度和循环寿命,这一现象在高比能设计的电池中表现尤为明显。通过补锂技术额外补充活性锂是解决这一问题... 锂离子电池在首次充电过程中,负极表面形成固态电解质界面膜(SEI膜)的过程会不可逆地消耗电池体系中的活性锂含量,影响电池的能量密度和循环寿命,这一现象在高比能设计的电池中表现尤为明显。通过补锂技术额外补充活性锂是解决这一问题的有效手段。从工艺角度进行区分,当前补锂技术主要分为负极补锂与正极补锂,其中正极补锂技术因其安全性和电池制造工艺兼容性高而受到广泛关注。正极补锂技术主要是指在锂离子电池的正极中添加具有高不可逆容量的含锂化合物,即正极补锂添加剂/正极补锂材料。当前主流的正极补锂材料主要包含二元含锂化合物、三元含锂化合物和有机含锂化合物。此外,正极补锂也可以通过设计过嵌锂正极材料实现活性锂补偿。本文总结了当前基于正极的补锂技术与策略,综述了正极补锂技术的最新研究进展以及在提升锂离子电池首次效率、能量密度及循环寿命中的应用情况,对当前主流的正极补锂策略进行对比分析,并对未来正极补锂策略进一步实现产业化应用作出展望。 展开更多

关键词 锂离子电池 正极补锂 能量密度 循环寿命

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基于噪声源钳位的输入并联输出串联全桥变换器共模噪声抑制方法 被引量：1

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作者 宋猛 秦苏新 +2 位作者 朱子锐 刘涛 吴红飞 《电工技术学报》 北大核心 2025年第14期4558-4566,共9页

该文提出基于噪声源钳位原理的输入并联输出串联全桥变换器改进拓扑结构,解决了传统输出串联结构导致的共模噪声恶化问题。采用输出串联结构能够减小高压输出场合下器件电压应力,但高频整流电路直接串联使得dv/dt噪声源叠加作用,导致更... 该文提出基于噪声源钳位原理的输入并联输出串联全桥变换器改进拓扑结构,解决了传统输出串联结构导致的共模噪声恶化问题。采用输出串联结构能够减小高压输出场合下器件电压应力,但高频整流电路直接串联使得dv/dt噪声源叠加作用,导致更严重的共模噪声问题。该文建立输入并联输出串联全桥变换器共模噪声分析模型,分析串联噪声源相互影响。在此基础上,通过调整滤波电感位置,为噪声源构造了稳定的参考地,从而避免了噪声源串联叠加导致的共模噪声问题。最后,实验结果验证了所提的改进电路结构能够有效地降低共模噪声。 展开更多

关键词 输入并联输出串联 全桥变换器 共模噪声抑制 噪声源钳位

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一种扩展移相调制的双有源桥变换器参数优化

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作者 孙伟翔 王新征 +3 位作者 石磊磊 李嘉琪 林江 刘世超 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第9期108-117,共10页

随着有源相控阵雷达的发展,相控阵雷达对发送接收(TR)电源的需求不断提高,宽输入电压范围、高频化和高效率的TR电源成为当今的主流研究方向。双有源桥(DAB)变换器能够实现宽输入电压范围,并且控制方式多样化,在TR电源领域具有广泛的应... 随着有源相控阵雷达的发展,相控阵雷达对发送接收(TR)电源的需求不断提高,宽输入电压范围、高频化和高效率的TR电源成为当今的主流研究方向。双有源桥(DAB)变换器能够实现宽输入电压范围,并且控制方式多样化,在TR电源领域具有广泛的应用前景,但DAB变换器的电感量和开关频率等系统参数对TR电源的传输功率和功率MOS管的通态电流影响很大。基于DAB变换器中的扩展移相(EPS)调制方法,推导了其功率传输特性和电感电流大小等表达式,并以考虑过载需求的最大传输功率、MOS器件最大通态电流降额设计、最小输出电压纹波频率为限制指标,提出一种基于EPS调制下的DAB电路参数优化设计方法,基于参数限制规划了可靠运行区ROA,为设计相应的电感值、开关频率,优化DAB参数提供参考依据。最后通过对两路输出的DAB变换器进行相应的MATLAB仿真分析,仿真结果表明输出电压纹波、MOS管通态电流大小、输出功率符合预期需求指标,验证上述理论推导的准确性。 展开更多

关键词 双有源桥 参数规划 扩展相移调制 可靠运行区 多路输出

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基于碳-碳双键定量分析的HTPB固体推进剂老化性能研究

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作者 崔英翠 夏德斌 +3 位作者 李昱静 张健 林凯峰 杨玉林 《固体火箭技术》 北大核心 2025年第2期265-272,共8页

端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在长期贮存过程中,碳-碳双键(C■C)含量会逐渐降低,但目前只能对其进行定性分析。为此,通过液溴滴定的方式实现了对不同老化时间HTPB推进剂中的C■C含量的定量分析;同时,以测得的C■C含量为横坐标,以红外光谱... 端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在长期贮存过程中,碳-碳双键(C■C)含量会逐渐降低,但目前只能对其进行定性分析。为此,通过液溴滴定的方式实现了对不同老化时间HTPB推进剂中的C■C含量的定量分析;同时,以测得的C■C含量为横坐标,以红外光谱C■C特征峰吸收强度和推进剂的最大伸长率为纵坐标,分别进行回归方程的拟合及相关性分析。结果表明:在70℃下,HTPB固体推进剂加速老化112 d,C■C含量由6.79 mmol/g减少至6.29 mmol/g;C■C特征峰吸收强度和推进剂最大伸长率的回归方程拟合相关系数均大于0.9;液溴加成滴定检测固体推进剂中C■C含量的测试方法置信度达到99%,为推进剂的寿命预估提供了理论支撑。 展开更多

关键词 HTPB 固体推进剂 老化性能 滴定 加成反应 碳-碳双键

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再生冷却通道内超临界流动中的布雷斯悖论研究

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作者 邹浚波 刘朝阳 +2 位作者 李昕 张锦成 吴晓萌 《航空兵器》 北大核心 2025年第1期90-98,共9页

基于碳氢燃料的再生冷却系统是突破超燃冲压发动机长时间可靠运行的关键,加工误差可能导致的局部连通会改变系统流量分配,进而容易造成结构破坏。现有研究发现特定工况下微型网络通道内会发生流动的布雷斯悖论现象,即通道网络局部连通... 基于碳氢燃料的再生冷却系统是突破超燃冲压发动机长时间可靠运行的关键,加工误差可能导致的局部连通会改变系统流量分配,进而容易造成结构破坏。现有研究发现特定工况下微型网络通道内会发生流动的布雷斯悖论现象,即通道网络局部连通时系统流量反而低于不连通情况。本文重点探究宏观尺度条件下局部连接通道网络内是否会发生布雷斯悖论,关注该现象发生的条件及影响因素,研究系统流量变化对热防护系统换热特性的影响。首先基于数值模拟方法,证明了布雷斯悖论现象的存在,即特定工况下连接通道开启状态的H型通道总流量反而小于连接通道关闭状态下的总流量。然后考虑障碍物位置、大小、连通位置以及宽度等因素,对比分析了仿真结果与平行冷却通道的系统流量大小,在此基础上总结了布雷斯悖论现象发生的规律。 展开更多

关键词 再生冷却通道 布雷斯悖论 超临界流体 对流换热

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不同荷电区间钛酸锂电池循环容量衰减机制研究

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作者 钟晓晖 李将渊 +5 位作者 陆玮 张乾能 张辉 郑卓群 解晶莹 罗英 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第8期2960-2969,共10页

钛酸锂电池具有高安全、快速充放电能力以及长的循环寿命,在储能调频市场应用前景广阔。然而目前关于不同荷电状态下的高倍率循环老化研究较少。本工作面向短时高频次储能应用场景需求,以商用钛酸锂电池为研究对象,系统探究了在不同SOC... 钛酸锂电池具有高安全、快速充放电能力以及长的循环寿命,在储能调频市场应用前景广阔。然而目前关于不同荷电状态下的高倍率循环老化研究较少。本工作面向短时高频次储能应用场景需求,以商用钛酸锂电池为研究对象,系统探究了在不同SOC区间上限和SOC区间下限循环条件下,以4 C倍率进行充放电循环老化的钛酸锂电池电化学性能演变规律,并通过容量增量曲线和电压微分曲线等无损分析手段,解析了钛酸锂电池容量热力学衰减的主导模式。实验结果表明,随着SOC区间上限条件的增加或SOC区间下限条件的降低,钛酸锂的循环容量显著降低。同时,高荷电区间下负极嵌锂深度的补偿以及恒压充电过程的修复作用,使得钛酸锂电池在高荷电区间的循环稳定性优于低荷电区间。对充电曲线的分析表明,钛酸锂电池容量衰减规律与SOC区间条件具有强相关性。活性锂损失是导致钛酸锂电池在(0~100%)SOC、(0~80%)SOC、(80%~100%)SOC区间循环发生容量衰减的主要因素。而(20%~100%)SOC区间循环的钛酸锂电池容量衰减主要由正极活性材料损失引起。这些工作揭示了SOC区间对钛酸锂电池高倍率循环容量衰减的影响规律,为推动钛酸锂电池在短时高频次储能场景的应用提供了理论指导。 展开更多

关键词 钛酸锂电池 SOC区间 循环老化 容量衰减

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调控电解液溶剂组分实现LCO/C低温18650电池循环寿命显著提升 被引量：1

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作者 程广玉 刘新伟 +2 位作者 刘硕 顾海涛 王可 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2171-2180,共10页

低温18650电池的循环寿命一直是限制其发展的关键因素,为了实现长循环寿命与低温性能的兼顾,通过调控电解液溶剂组分,对比分析了不同电解液对电池倍率性能、高低温放电、荷电保持率、循环寿命、EIS阻抗变化等的影响。结果表明,电解液组... 低温18650电池的循环寿命一直是限制其发展的关键因素,为了实现长循环寿命与低温性能的兼顾,通过调控电解液溶剂组分,对比分析了不同电解液对电池倍率性能、高低温放电、荷电保持率、循环寿命、EIS阻抗变化等的影响。结果表明,电解液组分设计对电池性能有显著影响,通过低熔点的长链线性羧酸酯部分取代碳酸酯及短链羧酸酯,既可以实现较好的低温性能,同时又提升了高温稳定性。EP、PP的比例对于LCO/C电极体系循环稳定性有重要作用。其中溶剂组分EC+EP+PP(质量比2∶5∶3)具备最佳的综合性能,研制的LTB电池5C放电容量保持率达99.86%,-40℃/1C放电容量保持率达92.84%,循环1000次后低温-40℃/1C放电仍然达到初始低温放电容量的90%,常温循环1500次容量保持率达85%,低温-10℃循环500次容量保持率82.4%。 展开更多

关键词 低温 18650电池 电解液 循环寿命 锂离子电池

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TiO_(2)包覆高镍NCM811的电化学性能研究 被引量：2

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作者 叶创新 宛传友 +3 位作者 瞿诗霞 张俊林 陈光巳 陈志缘 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期161-166,共6页

高镍材料具有较好的电化学性能,但其存在着表面稳定性较差的问题,通过钛酸四丁酯在NCM811材料表面水解生成TiO_(2),改善了高镍材料的表面稳定性。利用SEM和TEM对改性后的材料进行表面分析,结果表明,实验成功将TiO_(2)层均匀地包覆在高镍... 高镍材料具有较好的电化学性能,但其存在着表面稳定性较差的问题,通过钛酸四丁酯在NCM811材料表面水解生成TiO_(2),改善了高镍材料的表面稳定性。利用SEM和TEM对改性后的材料进行表面分析,结果表明,实验成功将TiO_(2)层均匀地包覆在高镍NCM811表面,并且发现,在表面包覆过程中,还发生了体相掺杂。利用表面包覆和体相掺杂的共同作用,在1C放电的条件下,循环200圈后,材料的容量保持率从81.40%提升至92.39%,改善了材料的电化学性能。 展开更多

关键词 高镍材料 三元材料 表面包覆 二氧化钛 循环性能

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基于副边LLC谐振变换器的功率处理单元建模与分析

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作者 卢泓霖 吴鑫杰 +3 位作者 张德斌 屈诚志 张仲松 张宇 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期152-160,共9页

随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副... 随着航空航天技术的不断发展,航天器对于霍尔电推进功率处理单元(PPU)的需求不断提高,高增益、大功率以及高效的PPU成为研究的主流方向。LLC拓扑能够在全负载范围内实现软开关,因此在PPU阳极电源中具有广阔的应用前景。原边LLC因其原副边增益特性,给阳极电源高增益变换器的谐振电感设计带来极大的挑战。针对上述问题,提出了一种改进的副边LLC谐振拓扑,在保留原边LLC谐振电路软开关特性的同时,有效解决了谐振电感设计问题,使得PPU阳极电源具备高增益的性能。首先利用时域分析法建立了副边LLC拓扑数学模型,其次在模型的基础上给出其峰值增益的计算方法,最后通过一台样机验证了所建模型的正确性并验证了副边LLC电路的有效性。 展开更多

关键词 PPU 阳极电源 副边LLC 时域分析法 高效率

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基于等效电路模型融合电化学原理的锂离子电池荷电状态估计

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作者 李清波 张懋慧 +2 位作者 罗英 吕桃林 解晶莹 《储能科学与技术》 CAS 2024年第9期3072-3083,共12页

准确高效地评估锂离子电池荷电状态(SOC)是确保电动汽车和储能设备性能和安全的关键。等效电路模型被认为是描述锂离子电池内部复杂反应过程的一种有效方法。针对基于等效电路模型的SOC估计准确性与复杂性难以权衡的问题,本研究采用一... 准确高效地评估锂离子电池荷电状态(SOC)是确保电动汽车和储能设备性能和安全的关键。等效电路模型被认为是描述锂离子电池内部复杂反应过程的一种有效方法。针对基于等效电路模型的SOC估计准确性与复杂性难以权衡的问题,本研究采用一阶RC模型作为基础,为了提高整个SOC区间的模型性能表现,通过电化学原理对模型进行优化,通过在一阶RC模型的OCV模块上添加反映电池内部固相扩散过程的改进误差项,在保证较低的计算复杂性的前提下,减小了等效电路模型与更准确的机理模型之间存在的误差。然后基于倍率测试以及脉冲测试数据对电池进行参数辨识,以粒子群算法为基础通过参数解耦的方式降低了参数辨识的复杂度、提升了辨识准确度;同时基于小倍率测试的开路电压(OCV)数据采用多项式方法进行OCV-SOC曲线拟合。随后基于模型参数辨识结果开展SOC估计研究,针对常规卡尔曼滤波准确度不足的问题,在无迹卡尔曼滤波基础上结合加权滑动窗口的思想以提升SOC估计的精确性和鲁棒性,并基于UDDS和DST动态工况测试数据进行算法验证,最终估计效果相对于传统方法呈现出优异的精度与鲁棒性,并且可以在初始SOC有较大偏差时快速收敛至准确值。 展开更多

关键词 锂离子电池 融合模型 荷电状态估计 无迹卡尔曼滤波

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