TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech і іншыя каманды ў асноўным дасягнулі даследаванняў і распрацовак батарэй магутнасцю 300 Вт/кг. Акрамя таго, існуе яшчэ вялікая колькасць падраздзяленняў, якія вядуць адпаведныя распрацоўкі і навукова-даследчыя работы.

У склад гнуткай упакоўкі літый-іённых акумулятараў звычайна ўваходзяць станоўчыя электроды, адмоўныя электроды, сепаратары, электраліты і іншыя неабходныя дапаможныя матэрыялы, такія як язычкі, стужкі і алюмініевыя пластмасы. У адпаведнасці з патрэбамі абмеркавання, аўтар дадзенага артыкула падзяляе рэчывы ў літый-іённай батарэі з мяккай камплектацыяй на дзве катэгорыі: камбінацыя палюснай наканечніка і матэрыял, які не ўносіць энергію. Палюсная насадка адносіцца да станоўчага электрода плюс адмоўны электрод, а ўсе станоўчыя электроды і адмоўны электрод можна разглядаць як камбінацыю палюсных наканечнікаў, якія складаюцца з некалькіх палюсных наканечнікаў; Энергетычныя рэчывы, якія не спрыяюць, адносяцца да ўсіх іншых рэчываў, за выключэннем камбінацыі палюсных наканечнікаў, такіх як дыяфрагмы, электраліты, палюсныя наканечнікі, алюмініевыя пластмасы, ахоўныя стужкі і канчаткі. стужка і г.д. Для звычайных літый-іённых акумулятараў LiMO 2 (M = Co, Ni і Ni-Co-Mn і г.д.)/вугляродзістай сістэмы камбінацыя палюсных батарэй вызначае ёмістасць і энергію акумулятара.

У цяперашні час для дасягнення мэты 300 Вт/кг удзельнай энергіі масы акумулятара асноўныя метады ўключаюць:

(1) Выберыце сістэму матэрыялу высокай ёмістасці, станоўчы электрод выраблены з трохкомпонентнага нікеля, а адмоўны электрод – з вугляроднага крэмнію;

(2) Дызайн высакавольтнага электраліта для паляпшэння напружання адключэння зарада;

(3) Аптымізаваць склад суспензіі станоўчых і адмоўных электродаў і павялічыць долю актыўнага матэрыялу ў электродзе;

(4) Выкарыстоўвайце больш тонкую медную фальгу і алюмініевую фальгу, каб паменшыць долю токапрыёмнікаў;

(5) Павялічыць колькасць пакрыцця станоўчых і адмоўных электродаў і павялічыць долю актыўных матэрыялаў у электродах;

(6) Кантралюйце колькасць электраліта, памяншайце колькасць электраліта і павялічвайце ўдзельную энергію літый-іённых акумулятараў;

(7) Аптымізаваць структуру батарэі і паменшыць долю ўкладак і ўпаковачных матэрыялаў у батарэі.

Сярод трох формаў батарэі з цыліндрычнай, квадратнай цвёрдай абалонкі і ламінаванага ліста з мяккай упакоўкі, батарэя з мяккай упакоўкай мае характарыстыкі гнуткай канструкцыі, лёгкай вагі, нізкага ўнутранага супраціву, няпроста выбухаць, шмат цыклаў і ўдзельную энергію. прадукцыйнасць батарэі таксама выдатная. Такім чынам, літый-іённы акумулятар з ламінаваных мяккіх пакетаў з’яўляецца актуальнай тэмай даследаванняў у цяперашні час. У працэсе распрацоўкі мадэлі літый-іённай батарэі з ламінаванага мяккага пакета асноўныя зменныя можна падзяліць на наступныя шэсць аспектаў. Першыя тры можна лічыць вызначанымі ўзроўнем электрахімічнай сістэмы і правіламі праектавання, а апошнія тры звычайна з’яўляюцца дызайнам мадэлі. зменныя, якія ўяўляюць цікавасць.

(1) Матэрыялы і склады станоўчых і адмоўных электродаў;

(2) Шчыльнасць ўшчыльнення станоўчых і адмоўных электродаў;

(3) стаўленне ёмістасці адмоўнага электрода (N) да ёмістасці станоўчага электрода (P) (N/P);

(4) Колькасць палюсных наканечнікаў (роўна колькасці станоўчых полюсных наканечнікаў);

(5) колькасць пакрыцця станоўчага электрода (на аснове вызначэння N/P спачатку вызначыце колькасць пакрыцця станоўчага электрода, а затым вызначыце колькасць пакрыцця адмоўнага электрода);

(6) Аднабаковая плошча аднаго станоўчага электрода (вызначаецца даўжынёй і шырынёй станоўчага электрода, калі вызначаюцца даўжыня і шырыня станоўчага электрода, таксама вызначаецца памер адмоўнага электрода, і памер клеткі можна вызначыць).

Па-першае, паводле літаратуры [1], уплыў колькасці полюсных наконечников, колькасці пакрыцця станоўчага электрода і плошчы аднабаковай часткі адзінкавага станоўчага электрода на ўдзельную энергію і шчыльнасць энергіі батарэя абмяркоўваецца. Удзельная энергія (ES) батарэі можа быць выказана раўнаннем (1).

малюнак

У формуле (1): х – колькасць станоўчых электродаў, якія змяшчаюцца ў батарэі; y – колькасць пакрыцця станоўчага электрода, кг/м2; z – аднабаковая плошча аднаго станоўчага электрода, м2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) – гэта энергія, якую можа ўнесці палюснік, Вт·г, формула разліку паказана ў формуле (2).

малюнак

У формуле (2): DAV – сярэдняе напружанне разраду, В; PC – стаўленне масы актыўнага матэрыялу станоўчага электрода да агульнай масы актыўнага матэрыялу станоўчага электрода плюс токаправодны агент і злучнае, %; SCC – удзельная ёмістасць актыўнага матэрыялу станоўчага электрода, Ач / кг; m(y, z) — маса палюснай адзінкі, кг, і формула разліку паказана ў формуле (3).

малюнак

У формуле (3): KCT – гэта стаўленне агульнай плошчы маналітнага станоўчага электрода (сума плошчы пакрыцця і плошчы фальгі) да аднабаковай плошчы маналітнага станоўчага электрода, і роўна больш за 1; TAL – таўшчыня алюмініевага токапрыёмніка, м; ρAl — шчыльнасць алюмініевага токапрыёмніка, кг/м3; KA – стаўленне агульнай плошчы кожнага адмоўнага электрода да аднабаковай плошчы аднаго станоўчага электрода і больш за 1; TCu — таўшчыня меднага токапрыёмніка, м; ρCu — медны токапрыёмнік. Шчыльнасць, кг/м3; N/P — стаўленне ёмістасці адмоўнага электрода да ёмістасці станоўчага электрода; PA – стаўленне масы актыўнага матэрыялу адмоўнага электрода да агульнай масы актыўнага матэрыялу адмоўнага электрода плюс токаправодны агент і звязвае, %; SCA – гэта стаўленне актыўнага матэрыялу адмоўнага электрода Ёмістасць, Аг/кг. M(x, y, z) – маса неэнергазноснага рэчывы, кг, формула разліку паказана ў формуле (4)

малюнак

У формуле (4): kAP – гэта стаўленне плошчы алюмінія-пластыка да аднабаковай плошчы аднаго станоўчага электрода і больш за 1; SDAP – плошча алюмопласта, кг/м2; mTab – агульная маса станоўчага і адмоўнага электродаў, якая бачна з канстанты; mTape — агульная маса стужкі, якую можна разглядаць як канстанту; kS – стаўленне агульнай плошчы сепаратара да агульнай плошчы ліста станоўчага электрода і больш за 1; SDS — плошча сепаратара, кг/м2; kE — маса электраліта і акумулятара. Адносіны ёмістасці, каэфіцыента — лік дадатны. Згодна з гэтым, можна зрабіць выснову, што павелічэнне любога асобнага каэфіцыента x, y і z прывядзе да павелічэння ўдзельнай энергіі батарэі.

Каб вывучыць значэнне ўплыву колькасці полюсных наканечнікаў, колькасці пакрыцця станоўчага электрода і аднабаковай плошчы аднаго станоўчага электрода на ўдзельную энергію і шчыльнасць энергіі батарэі, электрахімічны сістэмы і правілаў праектавання (гэта значыць для вызначэння матэрыялу і формулы электрода, шчыльнасці ўшчыльнення і N/P і г.д.), а затым артаганальна аб’яднаць кожны ўзровень з трох фактараў, такіх як колькасць палюсных наканечнікаў, колькасць пакрыццё станоўчага электрода і аднабаковая плошчу аднаго кавалка станоўчага электрода, для параўнання матэрыялу электрода, вызначанага пэўнай групай, і аналіз дыяпазону быў выкананы на аснове разлічанай удзельнай энергіі і шчыльнасці энергіі батарэі на аснове формула, ушчыльненая шчыльнасць і N/P. Артаганальная канструкцыя і вынікі разліку паказаны ў табліцы 1. Вынікі артаганальнага праектавання былі прааналізаваны з выкарыстаннем метаду дыяпазону, і вынікі паказаны на малюнку 1. Удзельная энергія і шчыльнасць энергіі батарэі манатонна ўзрастаюць з колькасцю палюсных наканечнікаў. , колькасць пакрыцця станоўчага электрода і аднабаковая плошча цэласнага станоўчага электрода. Сярод трох фактараў колькасці палюсных наканечнікаў, колькасці пакрыцця станоўчага электрода і аднабаковай плошчы аднаго станоўчага электрода, колькасць пакрыцця станоўчага электрода аказвае найбольш істотны ўплыў на ўдзельную энергію. акумулятар; Сярод трох фактараў аднабаковай плошчы, аднабаковая плошча маналітнага катода аказвае найбольш значны ўплыў на шчыльнасць энергіі батарэі.

малюнак

малюнак

На малюнку 1а відаць, што ўдзельная энергія батарэі манатонна ўзрастае з колькасцю полюсных наконечников, колькасцю катоднага пакрыцця і аднабаковай плошчай цэльнага катода, што сведчыць аб правільнасці тэарэтычны аналіз у папярэдняй частцы; Найбольш істотным фактарам, які ўплывае на ўдзельную энергію батарэі, з’яўляецца станоўчая колькасць пакрыцця. На малюнку 1б відаць, што шчыльнасць энергіі батарэі манатонна ўзрастае з колькасцю полюсных наконечников, колькасцю пакрыцця станоўчага электрода і аднабаковай плошчай аднаго станоўчага электрода, што таксама пацвярджае правільнасць папярэдняга тэарэтычнага аналізу; Найбольш істотным фактарам, якія ўплываюць на шчыльнасць энергіі батарэі, з’яўляецца аднабаковая плошча маналітнага станоўчага электрода. Згодна з прыведзеным вышэй аналізам, для павышэння ўдзельнай энергіі батарэі неабходна максімальна павялічыць колькасць пакрыцця станоўчых электродаў. Пасля вызначэння прымальнай верхняй мяжы колькасці пакрыцця станоўчага электрода адрэгулюйце астатнія ўзроўні фактару для дасягнення патрабаванняў заказчыка; Для шчыльнасці энергіі батарэі важна максімальна павялічыць аднабаковую плошчу маналітнага станоўчага электрода. Пасля вызначэння дапушчальнай верхняй мяжы аднабаковай плошчы маналітнага станоўчага электрода адрэгулюйце астатнія ўзроўні каэфіцыента ў адпаведнасці з патрабаваннямі заказчыка.

Згодна з гэтым можна зрабіць выснову, што ўдзельная энергія і шчыльнасць энергіі батарэі манатонна ўзрастаюць з павелічэннем колькасці полюсных наканечнікаў, колькасці пакрыцця станоўчага электрода і аднабаковай плошчы аднаго станоўчага электрода. Сярод трох фактараў колькасці палюсных наканечнікаў, колькасці пакрыцця станоўчага электрода і аднабаковай плошчы аднаго станоўчага электрода, уплыў колькасці пакрыцця станоўчага электрода на ўдзельную энергію батарэі з’яўляецца найбольш значныя; Сярод трох фактараў аднабаковай плошчы, аднабаковая плошча маналітнага катода аказвае найбольш значны ўплыў на шчыльнасць энергіі батарэі.

Затым, паводле літаратуры [2], абмяркоўваецца, як мінімізаваць якасць батарэі, калі патрабуецца толькі ёмістасць батарэі, а памер батарэі і іншыя паказчыкі прадукцыйнасці не патрабуюцца пры вызначанай сістэме матэрыялаў і тэхналогіі апрацоўкі. ўзровень. Разлік якасці батарэі з улікам колькасці станоўчых пласцін і суадносін станоўчых пласцін у якасці незалежных зменных паказаны ў формуле (5).

малюнак

У формуле (5) M(x, y) — агульная маса батарэі; х – колькасць станоўчых пласцін у батарэі; y – прапорцыя станоўчых пласцін (яго значэнне роўна шырыні, падзеленай на даўжыню, як паказана на малюнку 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 – гэта каэфіцыенты, і іх значэння вызначаюцца 26 параметрамі, якія адносяцца да ёмістасці батарэі, сістэмы матэрыялу і ўзроўню тэхналогіі апрацоўкі, гл. Табліцу 2. Пасля таго, як будуць вызначаны параметры ў табліцы 2 , кожны каэфіцыент. Затым вызначаецца, што ўзаемасувязь паміж 26 параметрамі і k1, k2, k3, k4, k5, k6 і k7 вельмі простая, але працэс вывядзення вельмі грувасткі. Матэматычна выводзячы аб’яву (5), рэгулюючы колькасць станоўчых пласцін і суадносін бакоў плюсавых пласцін, можна атрымаць мінімальную якасць батарэі, якая можа быць дасягнута з дапамогай дызайну мадэлі.

малюнак

Малюнак 2 Прынцыповая схема даўжыні і шырыні ламініраванай батарэі

Табліца 2 Параметры канструкцыі ламінаваных вочак

малюнак

У табліцы 2 канкрэтнае значэнне – гэта фактычнае значэнне параметра батарэі ёмістасцю 50.3 Аг. Адпаведныя параметры вызначаюць, што k1, k2, k3, k4, k5, k6 і k7 роўныя 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 адпаведна. , x — 21, y — 1.97006 (шырыня станоўчага электрода — 329 млн, а даўжыня — 167 мм). Пасля аптымізацыі, калі колькасць станоўчага электрода роўна 51, якасць батарэі самая нізкая.