TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech və digər komandalar əsasən 300 Wh/kq güc batareyalarının tədqiqi və inkişafına nail olublar. Bundan əlavə, hələ də müvafiq inkişaf və tədqiqat işlərini həyata keçirən çoxlu sayda bölmələr var.

Çevik qablaşdırma litium-ion batareyalarının tərkibinə adətən müsbət elektrodlar, mənfi elektrodlar, ayırıcılar, elektrolitlər və lövhələr, lentlər və alüminium plastiklər kimi digər zəruri köməkçi materiallar daxildir. Müzakirənin ehtiyaclarına uyğun olaraq, bu məqalənin müəllifi yumşaq paketli litium-ion batareyanın tərkibindəki maddələri iki kateqoriyaya ayırır: dirək parçası blokunun birləşməsi və enerjiyə töhfə verməyən material. Qütb parçası vahidi müsbət elektroda və mənfi elektroda aiddir və bütün müsbət elektrodlar və mənfi elektrod bir neçə dirək parçası vahidindən ibarət dirək parçası vahidlərinin birləşməsi kimi qəbul edilə bilər; töhfə verməyən enerji maddələri diafraqmalar, elektrolitlər, dirəklər, alüminium plastiklər, qoruyucu lentlər və sonluqlar kimi dirək parçalarının birləşməsindən başqa bütün digər maddələrə aiddir. lent və s. Ümumi LiMO 2 (M = Co, Ni və Ni-Co-Mn, və s.)/karbon sistemi Li-ion batareyaları üçün dirək parça vahidlərinin birləşməsi batareyanın tutumunu və enerjisini müəyyən edir.

Hazırda 300Wh/kq batareya kütləsinin xüsusi enerjisi məqsədinə nail olmaq üçün əsas üsullara aşağıdakılar daxildir:

(1) Yüksək tutumlu material sistemi seçin, müsbət elektrod yüksək nikel üçlüdən, mənfi elektrod isə silikon karbondan hazırlanır;

(2) Yük kəsmə gərginliyini yaxşılaşdırmaq üçün yüksək gərginlikli elektrolit dizayn edin;

(3) Müsbət və mənfi elektrod məhlulunun hazırlanmasını optimallaşdırmaq və elektrodda aktiv materialın nisbətini artırmaq;

(4) Cari kollektorların nisbətini azaltmaq üçün daha nazik mis folqa və alüminium folqa istifadə edin;

(5) Müsbət və mənfi elektrodların örtük miqdarını artırın və elektrodlarda aktiv materialların nisbətini artırın;

(6) Elektrolitin miqdarına nəzarət etmək, elektrolit miqdarını azaltmaq və litium-ion batareyalarının xüsusi enerjisini artırmaq;

(7) Batareyanın strukturunu optimallaşdırın və batareyadakı nişanların və qablaşdırma materiallarının nisbətini azaldın.

Silindrik, kvadrat sərt qabıq və yumşaq paketli laminat təbəqənin üç batareya forması arasında yumşaq paketli batareya çevik dizayn, yüngül çəki, aşağı daxili müqavimət, partlamaq asan olmayan və bir çox dövrə və xüsusi enerji xüsusiyyətlərinə malikdir. batareyanın performansı da əladır. Buna görə, laminatlaşdırılmış yumşaq paketli güclü litium-ion batareyası hazırda isti tədqiqat mövzusudur. Laminatlaşdırılmış yumşaq paketli güc litium-ion batareyasının model dizayn prosesində əsas dəyişənləri aşağıdakı altı aspektə bölmək olar. İlk üçü elektrokimyəvi sistemin səviyyəsi və dizayn qaydaları ilə müəyyən etmək olar, sonuncu üçü isə adətən model dizaynıdır. maraq dəyişənləri.

(1) Müsbət və mənfi elektrod materialları və formulaları;

(2) Müsbət və mənfi elektrodların sıxılma sıxlığı;

(3) Mənfi elektrod tutumunun (N) müsbət elektrod tutumuna (P) nisbəti (N/P);

(4) Qütb parçaları vahidlərinin sayı (müsbət dirək parçalarının sayına bərabər);

(5) Müsbət elektrod örtüyünün miqdarı (N/P təyini əsasında əvvəlcə müsbət elektrod örtüyünün miqdarını təyin edin, sonra isə mənfi elektrod örtüyünün miqdarını müəyyənləşdirin);

(6) Tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsi (müsbət elektrodun uzunluğu və eni ilə müəyyən edilir, müsbət elektrodun uzunluğu və eni təyin edildikdə, mənfi elektrodun ölçüsü də müəyyən edilir və hüceyrənin ölçüsü müəyyən edilə bilər).

Birincisi, ədəbiyyata görə [1], qütb parçalarının sayının, müsbət elektrod örtüyünün miqdarının və müsbət elektrodun bir parçasının birtərəfli sahəsinin xüsusi enerji və enerji sıxlığına təsiri. batareya müzakirə olunur. Batareyanın xüsusi enerjisi (ES) tənlik (1) ilə ifadə edilə bilər.

şəkil

Formula (1): x batareyada olan müsbət elektrodların sayıdır; y – müsbət elektrodun örtük miqdarı, kq/m2; z tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsi, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) dirək parçası vahidinin qatqı edə biləcəyi enerjidir, Wh, hesablama düsturu (2) düsturunda göstərilmişdir.

şəkil

Formula (2): DAV orta boşalma gərginliyi, V; PC müsbət elektrod aktiv materialının kütləsinin müsbət elektrod aktiv materialının ümumi kütləsinə üstəgəl keçirici agent və bağlayıcıya nisbətidir, %; SCC müsbət elektrodun aktiv materialının xüsusi tutumudur, Ah / kq; m(y, z) dirək parçası vahidinin kütləsidir, kq və hesablama düsturu (3) düsturunda göstərilmişdir.

şəkil

Formula (3): KCT monolit müsbət elektrodun ümumi sahəsinin (örtmə sahəsinin və folqa sahəsinin cəmi) monolit müsbət elektrodun birtərəfli sahəsinə nisbətidir və 1-dən çox; TAl alüminium cərəyan kollektorunun qalınlığı, m; ρAl – alüminium cərəyan kollektorunun sıxlığı, kq/m3; KA hər bir mənfi elektrodun ümumi sahəsinin tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsinə nisbətidir və 1-dən böyükdür; TCu – mis cərəyan kollektorunun qalınlığı, m; ρCu mis cərəyan kollektorudur. Sıxlıq, kq/m3; N/P mənfi elektrod tutumunun müsbət elektrod tutumuna nisbətidir; PA mənfi elektrod aktiv material kütləsinin mənfi elektrod aktiv materialının ümumi kütləsinə üstəgəl keçirici maddə və bağlayıcıya nisbətidir, %; SCA mənfi elektrod aktiv materialının nisbətidir Tutum, Ah/kq. M(x, y, z) – enerji verməyən maddənin kütləsi, kq, hesablama düsturu (4) düsturunda göstərilmişdir.

şəkil

Formula (4): kAP alüminium-plastik sahəsinin tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsinə nisbətidir və 1-dən böyükdür; SDAP alüminium-plastikin sahə sıxlığıdır, kq/m2; mTab sabitdən görünə bilən müsbət və mənfi elektrodların ümumi kütləsidir; mTape sabit kimi qəbul edilə bilən lentin ümumi kütləsidir; kS – ayırıcının ümumi sahəsinin müsbət elektrod təbəqəsinin ümumi sahəsinə nisbəti və 1-dən böyükdür; SDS – separatorun sahə sıxlığı, kq/m2; kE elektrolit və akkumulyatorun kütləsidir Tutumun nisbəti, əmsalı müsbət ədəddir. Buna əsasən belə nəticəyə gəlmək olar ki, x, y və z-nin hər hansı tək faktorunun artması batareyanın xüsusi enerjisini artıracaq.

Qütb parçalarının sayının, müsbət elektrodun örtük miqdarının və tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsinin batareyanın xüsusi enerjisinə və enerji sıxlığına təsirinin əhəmiyyətini öyrənmək üçün elektrokimyəvi sistem və dizayn qaydaları (yəni, elektrod materialını və düsturunu müəyyən etmək üçün, Sıxılma sıxlığı və N/P və s.) və sonra üç amilin hər səviyyəsini ortoqonal olaraq birləşdirin, məsələn, dirək parçası vahidlərinin sayı, miqdarı Müsbət elektrod örtüyü və tək bir tərəfli pozitiv elektrodun sahəsi, müəyyən bir qrup tərəfindən təyin olunan elektrod materialını müqayisə etmək üçün batareyanın hesablanmış xüsusi enerjisi və enerji sıxlığı əsasında diapazon təhlili aparıldı. düstur, sıxılmış sıxlıq və N/P. Ortoqonal dizayn və hesablama nəticələri Cədvəl 1-də göstərilmişdir. Ortoqonal dizayn nəticələri diapazon metodundan istifadə etməklə təhlil edilmişdir və nəticələr Şəkil 1-də göstərilmişdir. Batareyanın xüsusi enerjisi və enerji sıxlığı dirək parça vahidlərinin sayı ilə monoton şəkildə artır. , müsbət elektrod örtüyünün miqdarı və tək parça müsbət elektrodun birtərəfli sahəsi. Qütb parçalarının sayının, müsbət elektrod örtüyünün miqdarının və tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsinin üç amili arasında müsbət elektrod örtüyünün miqdarının xüsusi enerjisinə ən əhəmiyyətli təsir göstərir. batareya; Tək tərəfli sahənin üç amili arasında monolit katodun birtərəfli sahəsi batareyanın enerji sıxlığına ən əhəmiyyətli təsir göstərir.

şəkil

şəkil

Şəkil 1a-dan görünə bilər ki, batareyanın xüsusi enerjisi dirək parçalarının sayı, katod örtüyünün miqdarı və tək hissəli katodun birtərəfli sahəsi ilə monoton şəkildə artır və bu, düzgünlüyünü yoxlayır. əvvəlki hissədə nəzəri təhlil; batareyanın xüsusi enerjisinə təsir edən ən əhəmiyyətli amil müsbət örtük miqdarıdır. Şəkil 1b-dən görünür ki, batareyanın enerji sıxlığı dirək parçalarının sayı, müsbət elektrod örtüyünün miqdarı və tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsi ilə monoton şəkildə artır, bu da düzgünlüyünü təsdiqləyir. əvvəlki nəzəri təhlilin; batareyanın enerji sıxlığına təsir edən ən əhəmiyyətli amil monolit müsbət elektrodun birtərəfli sahəsidir. Yuxarıdakı təhlilə əsasən, batareyanın xüsusi enerjisini yaxşılaşdırmaq üçün müsbət elektrod örtüyünün miqdarını mümkün qədər artırmaq əsasdır. Müsbət elektrod örtük miqdarının məqbul yuxarı həddini təyin etdikdən sonra müştərinin tələblərinə nail olmaq üçün qalan amil səviyyələrini tənzimləyin; Batareyanın enerji sıxlığı üçün monolit müsbət elektrodun birtərəfli sahəsini mümkün qədər artırmaq üçün açardır. Monolitik müsbət elektrodun birtərəfli sahəsinin məqbul yuxarı həddini təyin etdikdən sonra, müştərinin tələblərinə cavab vermək üçün qalan amil səviyyələrini tənzimləyin.

Buna əsasən belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, batareyanın xüsusi enerjisi və enerji sıxlığı dirək parçalarının sayı, müsbət elektrod örtüyünün miqdarı və tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsi ilə monoton şəkildə artır. Qütb parçalarının sayının, müsbət elektrod örtüyünün miqdarının və tək müsbət elektrodun birtərəfli sahəsinin üç amili arasında müsbət elektrod örtüyünün miqdarının batareyanın xüsusi enerjisinə təsiri var. ən əhəmiyyətli; Tək tərəfli sahənin üç amili arasında monolit katodun birtərəfli sahəsi batareyanın enerji sıxlığına ən əhəmiyyətli təsir göstərir.

Daha sonra, ədəbiyyata [2] əsasən, müəyyən edilmiş material sistemi və emal texnologiyası altında yalnız batareyanın tutumu tələb olunduqda, batareyanın ölçüsü və digər performans göstəriciləri tələb olunmadığı halda, batareyanın keyfiyyətinin minimuma endirilməsi müzakirə olunur. səviyyə. Müsbət lövhələrin sayı və müstəqil dəyişənlər kimi müsbət plitələrin aspekt nisbəti ilə batareya keyfiyyətinin hesablanması (5) düsturunda göstərilmişdir.

şəkil

(5) düsturunda M(x, y) batareyanın ümumi kütləsidir; x – batareyadakı müsbət lövhələrin sayı; y – müsbət plitələrin aspekt nisbəti (onun dəyəri Şəkil 2-də göstərildiyi kimi uzunluğa bölünən enə bərabərdir); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 əmsallardır və onların dəyərləri akkumulyatorun tutumu, material sistemi və emal texnologiyası səviyyəsi ilə bağlı 26 parametrlə müəyyən edilir, Cədvəl 2-ə baxın. Cədvəl 2-dəki parametrlər müəyyən edildikdən sonra , hər bir əmsal Sonra müəyyən edilir ki, 26 parametr ilə k1, k2, k3, k4, k5, k6 və k7 arasında əlaqə çox sadədir, lakin törəmə prosesi çox çətin olur. Elanı riyazi olaraq çıxararaq (5), müsbət lövhələrin sayını və müsbət lövhələrin nisbətini tənzimləməklə, model dizaynı ilə əldə edilə bilən minimum batareya keyfiyyəti əldə edilə bilər.

şəkil

Şəkil 2 Laminatlı batareyanın uzunluğu və eninin sxematik diaqramı

Cədvəl 2 Laminatlı hüceyrə dizayn parametrləri

şəkil

Cədvəl 2-də xüsusi dəyər 50.3Ah tutumlu batareyanın faktiki parametr dəyəridir. Müvafiq parametrlər müəyyən edir ki, k1, k2, k3, k4, k5, k6 və k7 müvafiq olaraq 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609-dur. , x 21, y 1.97006 (müsbət elektrodun eni 329 milyon, uzunluğu isə 167 mm). Optimallaşdırmadan sonra, müsbət elektrodun sayı 51 olduqda, batareyanın keyfiyyəti ən kiçikdir.