TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech a další týmy v podstatě dosáhly výzkumu a vývoje 300 Wh/kg napájecích baterií. Kromě toho stále existuje velký počet jednotek provádějících související vývojové a výzkumné práce.

Složení flexibilních obalových lithium-iontových baterií obvykle zahrnuje kladné elektrody, záporné elektrody, separátory, elektrolyty a další potřebné pomocné materiály, jako jsou štítky, pásky a hliníkové plasty. Podle potřeb diskuse rozděluje autor tohoto příspěvku látky v soft-pack lithium-iontové baterii do dvou kategorií: kombinace pólového nástavce a energeticky nepřispívajícího materiálu. Jednotka pólového nástavce označuje kladnou elektrodu plus zápornou elektrodu a všechny kladné elektrody a zápornou elektrodu lze považovat za kombinaci jednotek pólových nástavců složených z několika jednotek pólových nástavců; nepřispívajícími energetickými látkami se rozumí všechny ostatní látky kromě kombinace jednotek pólových nástavců, jako jsou membrány, elektrolyty, pólová oka, hliníkové plasty, ochranné pásky a koncovky. páska atd. U běžných LiMO 2 (M = Co, Ni a Ni-Co-Mn atd.)/uhlíkový systém Li-ion baterií určuje kombinaci jednotek pólových nástavců kapacitu a energii baterie.

V současné době, aby bylo dosaženo cíle 300 Wh/kg hmotnostně specifické energie baterie, hlavní metody zahrnují:

(1) Vyberte vysokokapacitní materiálový systém, kladná elektroda je vyrobena z ternárního niklu a záporná elektroda je vyrobena z křemíkového uhlíku;

(2) Navrhněte vysokonapěťový elektrolyt pro zlepšení vypínacího napětí nabíjení;

(3) Optimalizace složení suspenze kladných a záporných elektrod a zvýšení podílu aktivního materiálu v elektrodě;

(4) Použijte tenčí měděnou fólii a hliníkovou fólii ke snížení podílu sběračů proudu;

(5) Zvyšte množství povlaku kladných a záporných elektrod a zvyšte podíl aktivních materiálů v elektrodách;

(6) Ovládejte množství elektrolytu, snižujte množství elektrolytu a zvyšujte specifickou energii lithium-iontových baterií;

(7) Optimalizujte strukturu baterie a snižte podíl oušek a obalových materiálů v baterii.

Mezi třemi typy baterií válcového, čtvercového tvrdého pláště a měkkého laminovaného plechu má měkká baterie vlastnosti flexibilního designu, nízké hmotnosti, nízkého vnitřního odporu, není snadné explodovat a má mnoho cyklů a specifickou energii. výkon baterie je také vynikající. Proto je v současnosti žhavým výzkumným tématem laminovaná měkká lithium-iontová baterie. V procesu návrhu modelu laminované soft-pack výkonové lithium-iontové baterie lze hlavní proměnné rozdělit do následujících šesti aspektů. První tři lze považovat za určované úrovní elektrochemického systému a konstrukčními pravidly a poslední tři jsou obvykle návrhem modelu. zajímavé proměnné.

(1) Materiály a složení kladných a záporných elektrod;

(2) Hustota zhutnění kladných a záporných elektrod;

(3) Poměr záporné elektrodové kapacity (N) ke kladné elektrodové kapacitě (P) (N/P);

(4) Počet jednotek pólových nástavců (rovný počtu kladných pólových nástavců);

(5) Množství povlaku kladné elektrody (na základě stanovení N/P nejprve určete množství povlaku kladné elektrody a poté určete množství povlaku záporné elektrody);

(6) Jednostranná plocha jedné kladné elektrody (určuje se délkou a šířkou kladné elektrody, při stanovení délky a šířky kladné elektrody se určuje i velikost záporné elektrody, a lze určit velikost buňky).

Za prvé, podle literatury [1], vliv počtu jednotek pólových nástavců, množství povlaku kladné elektrody a jednostranné plochy jednoho kusu kladné elektrody na měrnou energii a hustotu energie baterie je diskutována. Specifickou energii (ES) baterie lze vyjádřit rovnicí (1).

obrázek

Ve vzorci (1): x je počet kladných elektrod obsažených v baterii; y je množství povlaku kladné elektrody, kg/m2; z je jednostranná plocha jedné kladné elektrody, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) je energie, kterou může přispět jednotka pólového nástavce, Wh, vzorec pro výpočet je uveden ve vzorci (2).

obrázek

Ve vzorci (2): DAV je průměrné vybíjecí napětí, V; PC je poměr hmotnosti aktivního materiálu kladné elektrody k celkové hmotnosti aktivního materiálu kladné elektrody plus vodivé činidlo a pojivo, %; SCC je specifická kapacita aktivního materiálu kladné elektrody, Ah / kg; m(y, z) je hmotnost jednotky pólového nástavce, kg, a vzorec pro výpočet je uveden ve vzorci (3).

obrázek

Ve vzorci (3): KCT je poměr celkové plochy monolitické kladné elektrody (součet plochy povlaku a plochy fólie s jazýčkem) k jednostranné ploše monolitické kladné elektrody a je větší než 1; TAl je tloušťka hliníkového sběrače proudu, m; ρAl je hustota hliníkového sběrače proudu, kg/m3; KA je poměr celkové plochy každé záporné elektrody k jednostranné ploše jedné kladné elektrody a je větší než 1; TCu je tloušťka měděného sběrače proudu, m; ρCu je měděný sběrač proudu. Hustota, kg/m3; N/P je poměr záporné elektrodové kapacity ke kladné elektrodové kapacitě; PA je poměr hmotnosti aktivního materiálu záporné elektrody k celkové hmotnosti aktivního materiálu záporné elektrody plus vodivé činidlo a pojivo, %; SCA je poměr aktivního materiálu záporné elektrody Kapacita, Ah/kg. M(x, y, z) je hmotnost energeticky nepřispívající látky, kg, vzorec pro výpočet je uveden ve vzorci (4)

obrázek

Ve vzorci (4): kAP je poměr hliník-plastové plochy k jednostranné ploše jedné kladné elektrody a je větší než 1; SDAP je plošná hustota hliníkového plastu, kg/m2; mTab ​​je celková hmotnost kladných a záporných elektrod, kterou lze vidět z konstanty; mTape je celková hmotnost pásky, kterou lze považovat za konstantní; kS je poměr celkové plochy separátoru k celkové ploše listu kladné elektrody a je větší než 1; SDS je plošná hustota separátoru, kg/m2; kE je hmotnost elektrolytu a baterie Poměr kapacity, koeficient je kladné číslo. Podle toho lze usoudit, že zvýšení jakéhokoli jednotlivého faktoru x, yaz zvýší měrnou energii baterie.

Aby bylo možné studovat význam vlivu počtu jednotek pólových nástavců, množství povlaku kladné elektrody a jednostranné plochy jedné kladné elektrody na specifickou energii a hustotu energie baterie, byla použita elektrochemická systémová a konstrukční pravidla (to znamená pro určení materiálu a vzorce elektrody, hustoty zhutnění a N/P atd.), a poté ortogonálně zkombinujte každou úroveň tří faktorů, jako je počet jednotek pólových nástavců, množství povlak kladné elektrody a jednostranná plocha jednoho kusu kladné elektrody pro porovnání materiálu elektrody určeného určitou skupinou a analýza rozsahu byla provedena na vypočtené specifické energii a hustotě energie baterie na základě vzorec, zhutněná hustota a N/P. Výsledky ortogonálního návrhu a výpočtu jsou uvedeny v tabulce 1. Výsledky ortogonálního návrhu byly analyzovány pomocí metody dosahu a výsledky jsou uvedeny na obrázku 1. Specifická energie a hustota energie baterie monotónně roste s počtem jednotek pólových nástavců , množství povlaku kladné elektrody a jednostranná plocha jednodílné kladné elektrody. Mezi třemi faktory, jako je počet jednotek pólových nástavců, množství povlaku kladné elektrody a jednostranná plocha jedné kladné elektrody, má množství povlaku kladné elektrody nejvýznamnější dopad na měrnou energii elektrody. baterie; Ze tří faktorů jednostranné plochy má jednostranná plocha monolitické katody nejvýznamnější vliv na energetickou hustotu baterie.

obrázek

obrázek

Z obrázku 1a je vidět, že měrná energie baterie roste monotónně s počtem jednotek pólových nástavců, množstvím katodového povlaku a jednostrannou plochou jednodílné katody, což ověřuje správnost teoretický rozbor v předchozí části; Nejvýznamnějším faktorem ovlivňujícím měrnou energii baterie je množství kladného povlaku. Z obrázku 1b je vidět, že hustota energie baterie roste monotónně s počtem jednotek pólových nástavců, množstvím povlaku kladné elektrody a jednostrannou plochou jedné kladné elektrody, což také ověřuje správnost předchozí teoretické analýzy; Nejvýznamnějším faktorem ovlivňujícím hustotu energie baterie je jednostranná plocha monolitické kladné elektrody. Podle výše uvedené analýzy je pro zlepšení specifické energie baterie klíčem co nejvíce zvýšit množství povlaku kladné elektrody. Po určení přijatelné horní hranice množství povlaku kladné elektrody upravte zbývající úrovně faktoru tak, aby byly splněny požadavky zákazníka; Pro hustotu energie baterie je klíčem k maximálnímu zvětšení jednostranné plochy monolitické kladné elektrody. Po určení přijatelné horní hranice jednostranné plochy monolitické kladné elektrody upravte zbývající úrovně faktoru tak, aby vyhovovaly požadavkům zákazníka.

Z toho lze usoudit, že specifická energie a hustota energie baterie monotónně roste s počtem jednotek pólových nástavců, množstvím povlaku kladné elektrody a jednostrannou plochou jedné kladné elektrody. Mezi tři faktory, jako je počet jednotek pólových nástavců, množství povlaku kladné elektrody a jednostranná plocha jedné kladné elektrody, je vliv množství povlaku kladné elektrody na specifickou energii baterie. nejvýznamnější; Ze tří faktorů jednostranné plochy má jednostranná plocha monolitické katody nejvýznamnější vliv na energetickou hustotu baterie.

Poté je dle literatury [2] diskutováno, jak minimalizovat kvalitu baterie, když je vyžadována pouze kapacita baterie a při stanoveném materiálovém systému a technologii zpracování není vyžadována velikost baterie a další výkonnostní ukazatele. úroveň. Výpočet kvality baterie s počtem kladných desek a poměrem stran kladných desek jako nezávislých proměnných je znázorněn ve vzorci (5).

obrázek

Ve vzorci (5) je M(x, y) celková hmotnost baterie; x je počet kladných desek v baterii; y je poměr stran kladných desek (jeho hodnota se rovná šířce dělené délkou, jak je znázorněno na obrázku 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 jsou koeficienty a jejich hodnoty jsou určeny 26 parametry souvisejícími s kapacitou baterie, materiálovým systémem a úrovní technologie zpracování, viz tabulka 2. Po určení parametrů v tabulce 2 , každý koeficient Potom se zjistí, že vztah mezi 26 parametry a k1, k2, k3, k4, k5, k6 a k7 je velmi jednoduchý, ale proces odvozování je velmi těžkopádný. Matematickým odvozením oznámení (5), úpravou počtu kladných desek a poměru stran kladných desek, lze získat minimální kvalitu baterie, kterou lze dosáhnout návrhem modelu.

obrázek

Obrázek 2 Schématické schéma délky a šířky vrstvené baterie

Tabulka 2 Parametry návrhu laminované buňky

obrázek

V tabulce 2 je konkrétní hodnotou skutečná hodnota parametru baterie o kapacitě 50.3Ah. Relevantní parametry určují, že k1, k2, k3, k4, k5, k6 a k7 jsou 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 v tomto pořadí. , x je 21, y je 1.97006 (šířka kladné elektrody je 329 milionů a délka je 167 mm). Po optimalizaci, kdy je počet kladných elektrod 51, je kvalita baterie nejmenší.