西安交通大学科技成果——锂电池组监控芯片

西安交通大学科技成果——可穿戴生物医疗系统
项目简介
随着物联网、人工智能、大数据的广泛应用及柔性电子技术的进步，可穿戴生物医疗得到了快速的发展。

同时人们对于健康的需求也日益增加，如何实现对个人生理健康的实时监测，变得尤为重要。

团队通过研发，已取得一定基础：
1、柔性可穿戴心电ECG信号实时检测系统
（1）设计了基于有机聚合物材料的柔性心电电极；
（2）基于CMOS工艺的低噪声、低功耗模拟前端电路芯片；
（3）基于小波阈值算法及支持向量机（SVM）的信号处理及特征训练模块；
（4）基于STM32处理芯片的传感器系统设计；
（5）基于柔性印刷电路板（PCB）的系统实现。

2、可穿戴多生理信号实时检测系统
（1）搭建并验证了人体体温、血氧、心率、呼吸、血压等多生理信号模块电路；
（2）血压测量有基于袖套充气阻断动脉血流的示波法和基于光电二极管的光电容积脉搏波描记法（PPG）两种实现方式。

产品性能优势
（1）通过低功耗、高精度的电路设计，满足不同信号的测量需求。

（2）运用机器学习等算法，获取各个生理信号特征，预测人体
健康及疾病状况。

（3）通过无线传输技术，与外部设备通讯，实现远程监控。

（4）基于柔性电子技术，使整个系统集成于衣物、腕带当中，实现长期舒适的穿戴需求。

技术成熟度原理样机（小试）
合作方式合作开发。

西安交通大学科技成果——煤炭深加工制备高品质锂离子电池负极项目简介兰炭也称半焦碳，以低变质煤为原料在隔绝空气的情况采用低温干馏技术生产的一种固体产品。

它是一种较为硬而脆的煤种，在兰炭生产过程中，小于3mm的兰炭粉末约占总质量的10%，这部分兰炭粉（半焦）是用廉价的末煤干馏而成，成本较块煤降低近20%。

因其粒度小，不符合生产工艺要求，只能被当作低级燃料廉价处理或被弃置于河道或地头。

这不仅造成大量能源浪费，限制兰炭的经济效益，而且对环境造成严重污染。

本项目将兰炭经过改性后加工制作成高品质碳材料，如锂离子电池负极或者活性碳等，延长兰炭产业链，变废为宝。

性能优势1、兰炭基负极材料电化学性能材料：兰炭负极首次脱离容量：361mAh/g库伦效率：82.6%0.5C/300次循环：337mAh/g1C/300次循环：314mAh/g2、兰炭粉末制备人工石墨的优势：（1）原始材料基本无成本，通常作为废料处理；（2）催化剂有效催化兰炭石墨化，人工石墨品质高，催化剂成本低；（3）人工石墨容量高，循环性能好，可作为高品质动力电池使用。

国内某知名锂离子电池负极生产企业将容量大于350mAh/g的负极定位在高端产品，在1C下循环500次，其容量保持率为85%。

本项目产品在0.1C电流密度下，比容量可以达到361mAh/g；经过0.5C 与0.1C交替300次循环后，其容量保持率接近100%。

0.5C电流密度下循环300次，容量为337mAh/g；1C电流密度循环300次，容量为314mAh/g，保持率接近100%。

长循环寿命测试显示，高端商业负极在1C充放电条件下，800次循环后容量保持率低于85%。

而兰炭基负极材料在0.5C充放电条件下，900次循环后容量保持率高于95%。

（4）人工石墨利润高；高品质人造石墨可以达到4-6万/吨，甚至可达到10万/吨，而初步估计生产兰炭负极成本低于2万元/吨。

利润空间巨大。

除此以外，目前我们的工作也延伸到无烟煤等碳基材料，也展示出非常优异的性能。

西安交通大学科技成果——微能量源能量收集系统
及其超低功耗片上温度传感
项目简介
可针对不同环境，完成震动能、压电能、摩擦电能、光电能、热能、化学能、风能、电磁能、射频信号能等能量的收集、存储，并根据需要为片上或片外低功耗传感器提供稳定且低噪的输出能量供给。

此外，针对不同的传感器结构和类型进一步提供丰富的接口电路，用来读取传感器所产生的感应信号。

配合低功耗收发机模块，可实现完整的无线传感节点功能。

特点
1、电源管理部分静态电流可低至65nA；
2、整个ASIC功耗（包含温度传感）不足1µW；
3、具有最大功率点追踪；
4、匹配最小16kΩ的厘米级以下压电片
5、具有能量收集、存储和调整输出功能；
6、提供超低噪声电源供给（10nA-100µA）片上/片外传感器；
7、存储的能量支持ZigBee、Bluetooth等低功耗协议间歇数据传输；
8、构建平均功耗小于5µW的无线传感节点。

市场情况
本项目能以超低功耗实现完整无线传感节点，在IoT、环境监测等领域有良好的应用前景和社会经济效益。

可解决无线传感节点的环
境获能及温度传感（传感信息不局限于温度）。

技术成熟度原理样机
合作方式合作开发。

西安交通大学科技成果——第二代电动汽车动力电
池用磷酸锰锂材料生产技术
项目简介
第二代电动汽车动力电池用磷酸锰锂材料不仅继承了LiFePO4材料的高安全性、高稳定性、高比容量等优点，且具有更高的嵌锂电位，放电电位平均比LiFePO4材料高20%。

图1 形貌
技术指标
本项目采用高温固相法制备出高性能LiMnPO4/C复合材料，0.1C 的可逆比容量高于140mA•h•g-1，6C倍率下的快速充放电容量仍高于100mA•h•g-1，1C下循环50次后的容量保持率为95%，技术水平处于国际先进水平。

市场前景及应用
LiMnPO4/C复合材料主要应用于动力型锂离子电池，是各类移动电子设备、电动汽车、电站储能以及航空航天、军事和医学领域中理想的供电电池。

目前价格15万元/吨，如按照年产1万吨规模，产值可达15亿元，利润可达2亿元。

图2 充放电和倍率特性
技术成熟度 工程化阶段 合作方式 合作开发。

锂电池又现新技术将会攻破哪些难题
 西安交大研发出高库伦效率的硅负极锂电池
 近日，西安交大电气学院教授郑晓泉课题组与美国斯坦福大学材料学院教授崔屹、麻省理工学院核工系教授李巨课题组共同合作，通过一种特殊方法，在纳米硅负极外表面包覆一层人工的二氧化钛纳米层，合成出高机械强度的
硅结构负极，制备出具有高压实密度的硅负极全电池，实现了较传统石墨负
极2倍的体积比容量和2倍的质量比容量。

 目前商业化的锂离子电池只用于低阶电源需求，而硅因其理论比容量是传统石墨负极的10倍以上，被认为有望成为下一代锂离子电池大容量负极材料。

然而，硅负极在充放电过程中的库伦效率低这一难题一直未被攻克。

 经过实验测试，该新成果的二氧化钛外壳的机械强度是无定形碳的5倍，可以使稳定的库伦效率达到99.9%以上，满足工业化的应用标准，将有效推
动硅主体负极在电池工业中的商业应用。

该项成果于近日发表在《能源与环
境科学》上。

（仲和）。

西安交通大学科技成果——高容量、低成本锂离子电
池用硅-碳负极材料
项目简介
新能源汽车的迅猛发展，为动力电池产业提供了万亿级的市场容量，到2020年底，城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车保有量达60万辆。

目前使用的石墨类伏击材料容量低，无法满足高能量密度的需求。

该项目通过为动力电池厂商提供高性能硅碳负极及其他负极材料，以提高纯电动汽车的续航里程2倍以上。

硅负极材料具有极高的理论容量（约4200mAh/g），其容量是现有商业化石墨负极的10多倍。

但其充放电过程中产生的大体积膨胀（约400%）会严重影响循环寿命。

我们团队经过数年研究，提出“清矽硅碳”，对普通微米硅粉进行包覆“均匀+可控”功能层的工艺过程实现“性能+成本”的最优产业升级。

美国能源部高度评价了该项研究成果（2015年仅有2项研究成果受此殊荣）。

市场前景及应用
该产品在以电动汽车为代表的动力电池和消费型电子产品中均
有着广泛的应用前景。

作为新一代高能量密度锂离子电池负极材料，极其发展潜力。

2018年3月，已于多氟多公司开展合作。

该项目还可利用多晶硅太阳能生产过程中产生的废料（如加工多晶硅过程中切割产生的微米硅粉，硅块）为初始原料来制备高附加值硅-碳负极材料，为多晶硅产业的升级转型带来了新的发展机遇。

性能指标（同类产品对比）
技术成熟度工程化阶段
实验室月产量约1吨。

合作方式合作开发
要求：电池领域企业。

人工智能锂电池芯片
人工智能锂电池芯片是一种智能电池管理系统，旨在通过机器学
习算法，提供实时监控、预测和控制，以提高电池的性能和使用寿命。

首先，它具有多个实时传感器，可监测锂电池的电压和容量，并将所
有信息发送给机器学习系统。

其次，它使用了三重模式，即实时监控
模式、预测模式和控制模式。

实时监控模式可以监测电池状态，包括
内阻、容量、冷却系统等，以提高电池的可靠性和安全性。

预测模式
可以根据实时数据预测电池寿命，以避免意外终止。

最后，控制模式
可以根据模型的数据，调整动力电池的性能，以达到最佳的使用状态。

此外，利用机器学习技术，可以根据实时数据分析出电池的特性，其
中包括自我修复等功能，以提高电池的可靠性和使用寿命。

因此，人
工智能锂电池芯片有助于改进电池的性能，延长电池寿命，从而降低
电池成本，为电池应用提供更好的性能和更高的使用寿命。

西安交通大学科技成果——电动汽车用负温度系数热敏陶瓷及线式火焰温度传感器项目简介锂电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、体积小等优点，是电动汽车的首选。

一般在电动车上需要将数个单体电池通过串联或并联形成电池组以达到动力电源的要求。

但是由于生产工艺等原因，各单体电池的容量与性能不可避免地存在一些差异，电动汽车在运行（电池组放电）时，容量小性能差的电池会有过放现象，而在充电时，容量小性能差的电池又会出现过充现象。

长此以往，这种差异必然会越来越大，使电池组的利用率越来越差。

更为严重的是，在过充或过放的环境下，电池正负极片间的隔膜会被击穿而短路，产生高温、过热使电解液汽化、膨胀而使电池外壳破裂，甚至发生着火或爆炸。

同时动力锂电池在温度过高或过低情况下使用，也会存在安全隐患；电池过充或者过放都会造成电池不可逆转损坏，比如容量过度衰减，寿命降低等，甚至会使电池产生冒烟、起火等危险。

因此动力电池组需要采用BMS系统实时监视电池组电压、电流及温度，均衡各单体电池的电压，使电池组中的各单体电池的容量与性能尽量的趋于一致。

而目前的BMS系统可靠性能并不是很可靠，无法完全杜绝电动汽车电池箱发生着火/爆炸的隐患，纯电动汽车特别是锂电池起火，由于燃烧迅速，外部的救援手段往往缺乏时效性。

因此在电动汽车上设置灭火装置是必须的。

与电动汽车类似，坦克、战车、装甲车辆以及舰船和飞机的动力系统和传动系统都在极其严酷的条件下工作，各种内部和外部条件的变化经常会造成系统超温、甚至起火，从而造成装备的损毁。

特别是武器装备的动力系统和传动空间结构复杂，剩余空间曲折、狭小，传统的各种点状测温技术，如热电偶、铂电阻或陶瓷热敏电阻等都无法对整个系统进行有效监测，二次仪表的配置也十分困难，因此无法使用点测温元器件实现有效的三维空间温度检测与火警监测。

分布式测温系统是解决复杂三维空间温度测量与控制的有效手段，虽然光纤式温度分布测量装置使用一只传感器就能测出线状温度分布，但光纤式温度分布测量装置除了光纤之外，还包括温度测试仪和数据处理器，其中温度测试仪由比较复杂的系统组成，结构复杂，无法满足武器装备系统剩余空间狭小、工作环境严酷的使用要求。

TC2120双节锂电池保护IC 一、概述TC2120系列IC，内置高精度电压检测电路和延时电路，是用于2节串联锂离子/锂聚合物可再充电电池的保护IC。

此系列IC适合于对2节串联可再充电锂离子/锂聚合物电池的过充电、过放电和过电流进行保护。

二、特点TC2120全系列IC具备如下特点：（1）高精度电压检测电路➢过充电检测电压V CUn（n＝1，2） 4.10V~4.50V 精度±25mV➢过充电释放电压V CRn（n＝1，2） 3.90V~4.30V 精度±50mV➢过放电检测电压V DLn（n＝1，2） 2.00V~3.00V 精度±80mV➢过放电释放电压V DRn（n＝1，2） 2.30V~3.40V 精度±100mV➢放电过流检测电压(可选择)➢充电过流检测电压(可选择) 精度±30mV➢负载短路检测电压 1.0V (固定) 精度±0.4V（2）各延迟时间由内部电路设置（不需外接电容）➢过充电检测延迟时间典型值1000ms➢过放电检测延迟时间典型值110ms➢放电过流检测延迟时间典型值10ms➢充电过流检测延迟时间典型值7ms➢负载短路检测延迟时间典型值250μs（3）低耗电流➢工作模式典型值5.0μA ，最大值9.0μA（VDD=7.8V）➢休眠模式最大值0.1μA（VDD=4.0V）（4）连接充电器的端子采用高耐压设计（CS端子和OC端子，绝对最大额定值是33V）（5）向0V电池充电功能：可以选择“允许”或“禁止”（6）宽工作温度范围：-40℃～+85℃（7）小型封装：SOT-23-6（8）TC2120系列是无卤素绿色环保产品三、产品应用➢2节串联锂离子可再充电电池组。

➢2节串联锂聚合物可再充电电池组。

四、产品目录参数型号过充电检测电压过充电释放电压过放电检测电压过放电释放电压放电过流检测电压充电过流检测电压向0V电池充电功能V CUn V CRn V DLn V DRn V DIP V CIP V0CHTC2120-BB 4.35±0.025V 4.15±0.05V 2.30±0.08V 3.00±0.1V 200±30mV -210±30mV 允许TC2120-CB 4.28±0.025V 4.08±0.05V 2.90±0.08V 3.00±0.1V 200±30mV -210±30mV 允许五、方框图TC2120双节锂电池保护ICTC2120双节锂电池保护IC OC输出端子电压V OC VDD-33~VDD+0.3 V OD输出端子电压V OD VSS-0.3~VDD+0.3 V CS输入端子电压V CS VDD-33~VDD+0.3 V工作温度范围T OP-40~+85 ℃储存温度范围T ST-40~+125 ℃容许功耗P D250 mW 八、电气特性项目符号条件最小值典型值最大值单位输入电压VDD-VSS工作电压V DSOP1— 1.5 —10 V VDD-CS工作电压V DSOP2— 1.5 —33 V 耗电流工作电流I DD VDD=7.8V — 5.0 9.0 uA 休眠电流I PD VDD=4.0V ——0.1 uA 检测电压过充电检测电压n（*1）V CUn 4.1～4.5V，可调整VCUn-0.025VCUn VCUn+0.025V过充电释放电压n（*1）V CRn 3.9～4.3V，可调整VCRn -0.05 VCRn VCRn +0.05 V 过放电检测电压n（*1）V DLn 2.0～3.0V，可调整VDLn -0.08 VDLn VDLn +0.08 V 过放电释放电压n（*1）V DRn 2.3～3.4V，可调整VDRn -0.10 VDRn VDRn +0.10 V 放电过流检测电压V DIP VDIP -30 VDIP VDIP +30 mV 负载短路检测电压V SIP VDD-VSS=7.0V 0.6 1.0 1.4 V 充电过流检测电压V CIP VCIP -30 VCIP VCIP +30 mV 延迟时间过充电检测延迟时间T OC700 1000 1300 ms 过放电检测延迟时间T OD70 110 150 ms 放电过流检测延迟时间T DIP 6 10 14 ms 充电过流检测延迟时间T CIP 4 7 10 ms 负载短路检测延迟时间T SIP150 250 400 μs 控制端子输出电压OD端子输出高电压V DH VDD-0.1 VDD-0.02 V OD端子输出低电压V DL0.2 0.5 V OC端子输出高电压V CH VDD-0.1 VDD-0.02 V OC端子输出低电压V CL0.2 0.5 V 向0V电池充电的功能（允许或禁止）充电器起始电压（允许向0V 电池充电功能）V0CH允许向0V电池充电功能1.2 - - V电池电压（禁止向0V电池充电功能）V0IN禁止向0V电池充电功能- - 0.5 VTC2120双节锂电池保护IC 45注意：初次连接电芯时，会有不能放电的可能性，此时，短接CS端子和VSS端子，或者连接充电器，就能恢复到正常工作状态。

西安交大在高能量密度锂金属电池电解液领域取得重要进展佚名
【期刊名称】《陕西教育（高教版）》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】局部高浓度电解液振兴了二次电池的发展。

然而,现有局部高浓电解液所使用的氟化稀释剂通常具有毒性高、环境污染严重、合成困难和成本高等缺点。

针对这一问题,西安交大化工学院李明涛课题组以苯(PhH)为稀释剂,开发了一种低成本、环境友好的局部高浓度电解液(PhH-LHCE),同时实现了锂金属负极和单晶NCM811正极的长期稳定循环。

【总页数】1页(P9-9)
【正文语种】中文
【中图分类】TM9
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