Οι ομάδες TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech και άλλες ομάδες έχουν ουσιαστικά επιτύχει την έρευνα και την ανάπτυξη μπαταριών ισχύος 300 Wh/kg. Επιπλέον, υπάρχει ακόμη ένας μεγάλος αριθμός μονάδων που εκτελούν σχετικές εργασίες ανάπτυξης και έρευνας.

Η σύνθεση των εύκαμπτων συσκευασιών μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνει συνήθως θετικά ηλεκτρόδια, αρνητικά ηλεκτρόδια, διαχωριστές, ηλεκτρολύτες και άλλα απαραίτητα βοηθητικά υλικά, όπως γλωττίδες, ταινίες και πλαστικά αλουμινίου. Σύμφωνα με τις ανάγκες της συζήτησης, ο συγγραφέας αυτής της εργασίας χωρίζει τις ουσίες στη μαλακή μπαταρία ιόντων λιθίου σε δύο κατηγορίες: τον συνδυασμό της μονάδας pole piece και το υλικό που δεν συμβάλλει στην ενέργεια. Η μονάδα κομματιού πόλου αναφέρεται σε ένα θετικό ηλεκτρόδιο συν ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο, και όλα τα θετικά ηλεκτρόδια και το αρνητικό ηλεκτρόδιο μπορούν να θεωρηθούν ως ένας συνδυασμός μονάδων κομματιού πόλου που αποτελούνται από πολλές μονάδες κομματιού πόλου. Οι μη συνεισφέρουσες ενεργειακές ουσίες αναφέρονται σε όλες τις άλλες ουσίες εκτός από τον συνδυασμό μονάδων πολικού τεμαχίου, όπως διαφράγματα, ηλεκτρολύτες, ωτίδες πόλων, πλαστικά αλουμινίου, προστατευτικές ταινίες και τερματικά. ταινία κ.λπ. Για τις κοινές μπαταρίες ιόντων λιθίου LiMO 2 (M = Co, Ni και Ni-Co-Mn, κ.λπ.)/συστήματος άνθρακα, ο συνδυασμός μονάδων pole piece καθορίζει τη χωρητικότητα και την ενέργεια της μπαταρίας.

Προς το παρόν, προκειμένου να επιτευχθεί ο στόχος των 300 Wh/kg ειδικής ενέργειας μάζας μπαταρίας, οι κύριες μέθοδοι περιλαμβάνουν:

(1) Επιλέξτε ένα σύστημα υλικού υψηλής χωρητικότητας, το θετικό ηλεκτρόδιο είναι κατασκευασμένο από τριαδικό ηλεκτρόδιο υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο και το αρνητικό ηλεκτρόδιο από άνθρακα πυριτίου.

(2) Σχεδιάστε ηλεκτρολύτη υψηλής τάσης για να βελτιώσετε την τάση αποκοπής φόρτισης.

(3) Βελτιστοποιήστε τη σύνθεση του πολτού θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων και αυξήστε την αναλογία ενεργού υλικού στο ηλεκτρόδιο.

(4) Χρησιμοποιήστε λεπτότερο φύλλο χαλκού και φύλλο αλουμινίου για να μειώσετε την αναλογία των συλλεκτών ρεύματος.

(5) Αυξήστε την ποσότητα επικάλυψης των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων και αυξήστε την αναλογία ενεργών υλικών στα ηλεκτρόδια.

(6) Ελέγξτε την ποσότητα ηλεκτρολύτη, μειώστε την ποσότητα ηλεκτρολύτη και αυξήστε την ειδική ενέργεια των μπαταριών ιόντων λιθίου.

(7) Βελτιστοποιήστε τη δομή της μπαταρίας και μειώστε την αναλογία γλωττίδων και υλικών συσκευασίας στην μπαταρία.

Μεταξύ των τριών μορφών μπαταρίας κυλινδρικού, τετράγωνου σκληρού κελύφους και πλαστικοποιημένου φύλλου μαλακής συσκευασίας, η μπαταρία μαλακής συσκευασίας έχει τα χαρακτηριστικά του εύκαμπτου σχεδιασμού, του μικρού βάρους, της χαμηλής εσωτερικής αντίστασης, της μη εύκολης έκρηξης και πολλών κύκλων και της ειδικής ενέργειας η απόδοση της μπαταρίας είναι επίσης εξαιρετική. Επομένως, η πολυστρωματική μπαταρία ιόντων λιθίου ισχύος με μαλακό πακέτο είναι ένα καυτό ερευνητικό θέμα επί του παρόντος. Στη διαδικασία σχεδιασμού μοντέλων της πολυστρωματικής μπαταρίας ιόντων λιθίου ισχύος soft-pack, οι κύριες μεταβλητές μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες έξι πτυχές. Τα τρία πρώτα μπορούν να θεωρηθούν ότι καθορίζονται από το επίπεδο του ηλεκτροχημικού συστήματος και τους κανόνες σχεδιασμού, και τα τρία τελευταία είναι συνήθως ο σχεδιασμός του μοντέλου. μεταβλητές ενδιαφέροντος.

(1) Υλικά και σκευάσματα θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.

(2) Η πυκνότητα συμπίεσης των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.

(3) Ο λόγος της χωρητικότητας του αρνητικού ηλεκτροδίου (N) προς τη χωρητικότητα του θετικού ηλεκτροδίου (P) (N/P).

(4) Ο αριθμός των μονάδων κομματιού πόλου (ίσος με τον αριθμό των θετικών τεμαχίων πόλου).

(5) Θετική ποσότητα επικάλυψης ηλεκτροδίου (με βάση τον προσδιορισμό N/P, προσδιορίστε πρώτα την ποσότητα επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου και στη συνέχεια προσδιορίστε την ποσότητα επικάλυψης αρνητικού ηλεκτροδίου).

(6) Η περιοχή μονής όψης ενός μόνο θετικού ηλεκτροδίου (καθορίζεται από το μήκος και το πλάτος του θετικού ηλεκτροδίου, όταν προσδιορίζεται το μήκος και το πλάτος του θετικού ηλεκτροδίου, προσδιορίζεται και το μέγεθος του αρνητικού ηλεκτροδίου, και το μέγεθος του κελιού μπορεί να προσδιοριστεί).

Πρώτον, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία [1], η επίδραση του αριθμού των μονάδων κομματιού πόλου, της ποσότητας της επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου και της μονής πλευράς ενός κομματιού θετικού ηλεκτροδίου στην ειδική ενέργεια και πυκνότητα ενέργειας του συζητείται η μπαταρία. Η ειδική ενέργεια (ES) της μπαταρίας μπορεί να εκφραστεί με την εξίσωση (1).

εικόνα

Στον τύπο (1): x είναι ο αριθμός των θετικών ηλεκτροδίων που περιέχονται στην μπαταρία. y είναι η ποσότητα επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου, kg/m2. z είναι η μονόπλευρη περιοχή ενός μόνο θετικού ηλεκτροδίου, m2. x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) είναι η ενέργεια που μπορεί να συνεισφέρει μια μονάδα πολικού τεμαχίου, Wh, ο τύπος υπολογισμού φαίνεται στον τύπο (2).

εικόνα

Στον τύπο (2): DAV είναι η μέση τάση εκφόρτισης, V; Το PC είναι ο λόγος της μάζας του ενεργού υλικού του θετικού ηλεκτροδίου προς τη συνολική μάζα του ενεργού υλικού του θετικού ηλεκτροδίου συν αγώγιμο παράγοντα και συνδετικό, %; SCC είναι η ειδική χωρητικότητα του ενεργού υλικού θετικού ηλεκτροδίου, Ah / kg. m(y, z) είναι η μάζα μιας μονάδας πολικού τεμαχίου, kg, και ο τύπος υπολογισμού φαίνεται στον τύπο (3).

εικόνα

Στον τύπο (3): KCT είναι ο λόγος της συνολικής επιφάνειας του μονολιθικού θετικού ηλεκτροδίου (το άθροισμα της περιοχής επικάλυψης και της επιφάνειας του φύλλου γλωττίδας) προς την περιοχή μονής όψης του μονολιθικού θετικού ηλεκτροδίου και είναι μεγαλύτερο από 1; TAl είναι το πάχος του συλλέκτη ρεύματος αλουμινίου, m; ρAl είναι η πυκνότητα του συλλέκτη ρεύματος αλουμινίου, kg/m3. KA είναι ο λόγος της συνολικής επιφάνειας κάθε αρνητικού ηλεκτροδίου προς την μονόπλευρη περιοχή ενός μόνο θετικού ηλεκτροδίου και είναι μεγαλύτερος από 1. TCu είναι το πάχος του συλλέκτη ρεύματος χαλκού, m; ρCu είναι ο συλλέκτης ρεύματος χαλκού. Πυκνότητα, kg/m3; N/P είναι ο λόγος της χωρητικότητας του αρνητικού ηλεκτροδίου προς τη χωρητικότητα του θετικού ηλεκτροδίου. PA είναι η αναλογία της μάζας του ενεργού υλικού αρνητικού ηλεκτροδίου προς τη συνολική μάζα του ενεργού υλικού αρνητικού ηλεκτροδίου συν αγώγιμο παράγοντα και συνδετικό, %; SCA είναι η αναλογία αρνητικού ηλεκτροδίου ενεργού υλικού Χωρητικότητα, Ah/kg. M(x, y, z) είναι η μάζα της μη ενεργειακής ουσίας, kg, ο τύπος υπολογισμού φαίνεται στον τύπο (4)

εικόνα

Στον τύπο (4): το kAP είναι η αναλογία της επιφάνειας αλουμινίου-πλαστικού προς την μονόπλευρη περιοχή του μοναδικού θετικού ηλεκτροδίου και είναι μεγαλύτερη από 1. Το SDAP είναι η εμβαδική πυκνότητα του πλαστικού αλουμινίου, kg/m2. Το mTab ​​είναι η συνολική μάζα των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, από την οποία φαίνεται μια σταθερά. mTape είναι η συνολική μάζα της ταινίας, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως σταθερά. kS είναι ο λόγος της συνολικής επιφάνειας του διαχωριστή προς τη συνολική επιφάνεια του φύλλου θετικού ηλεκτροδίου και είναι μεγαλύτερος από 1. SDS είναι η εμβαδική πυκνότητα του διαχωριστή, kg/m2. kE είναι η μάζα του ηλεκτρολύτη και της μπαταρίας Ο λόγος της χωρητικότητας, ο συντελεστής είναι θετικός αριθμός. Σύμφωνα με αυτό, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η αύξηση οποιουδήποτε μεμονωμένου παράγοντα x, y και z θα αυξήσει την ειδική ενέργεια της μπαταρίας.

Προκειμένου να μελετηθεί η σημασία της επίδρασης του αριθμού των μονάδων πολικού τεμαχίου, της ποσότητας επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου και της μονόπλευρης περιοχής του μοναδικού θετικού ηλεκτροδίου στην ειδική ενέργεια και ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας, ένα ηλεκτροχημικό κανόνες συστήματος και σχεδιασμού (δηλαδή, για τον προσδιορισμό του υλικού και του τύπου του ηλεκτροδίου, πυκνότητα συμπίεσης και N/P, κ.λπ.), και στη συνέχεια συνδυάζουν ορθογώνια κάθε επίπεδο από τους τρεις παράγοντες, όπως ο αριθμός των μονάδων πολικού τεμαχίου, η ποσότητα επίστρωση θετικού ηλεκτροδίου και η μονής όψης περιοχή ενός μόνο κομματιού θετικού ηλεκτροδίου, για σύγκριση του υλικού ηλεκτροδίου που προσδιορίστηκε από μια συγκεκριμένη ομάδα και η ανάλυση εύρους πραγματοποιήθηκε στην υπολογιζόμενη ειδική ενέργεια και πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας με βάση την τύπος, συμπιεσμένη πυκνότητα και N/P. Ο ορθογώνιος σχεδιασμός και τα αποτελέσματα υπολογισμού φαίνονται στον Πίνακα 1. Τα αποτελέσματα του ορθογώνιου σχεδιασμού αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο εμβέλειας και τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχήμα 1. Η ειδική ενέργεια και πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας αυξάνονται μονότονα με τον αριθμό των μονάδων κομματιού πόλου , την ποσότητα της επικάλυψης θετικού ηλεκτροδίου και την περιοχή μονής όψης ενός θετικού ηλεκτροδίου ενός κομματιού. Μεταξύ των τριών παραγόντων του αριθμού των μονάδων πολικού τεμαχίου, της ποσότητας επικάλυψης θετικού ηλεκτροδίου και της επιφάνειας μονής όψης ενός μόνο θετικού ηλεκτροδίου, η ποσότητα επικάλυψης θετικού ηλεκτροδίου έχει τον πιο σημαντικό αντίκτυπο στην ειδική ενέργεια του μπαταρία; Μεταξύ των τριών παραγόντων της μονόπλευρης περιοχής της, η μονόπλευρη περιοχή της μονολιθικής καθόδου έχει τον πιο σημαντικό αντίκτυπο στην ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας.

εικόνα

εικόνα

Μπορεί να φανεί από το σχήμα 1a ότι η ειδική ενέργεια της μπαταρίας αυξάνεται μονότονα με τον αριθμό των μονάδων κομματιού πόλου, την ποσότητα της επικάλυψης καθόδου και την περιοχή μονής όψης της μονοκόμματης καθόδου, η οποία επαληθεύει την ορθότητα του η θεωρητική ανάλυση στο προηγούμενο μέρος. ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την ειδική ενέργεια της μπαταρίας είναι η θετική ποσότητα επίστρωσης. Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 1β ότι η ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας αυξάνεται μονότονα με τον αριθμό των μονάδων πόλων, την ποσότητα της επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου και την περιοχή μονής όψης ενός μόνο θετικού ηλεκτροδίου, το οποίο επίσης επαληθεύει την ορθότητα της προηγούμενης θεωρητικής ανάλυσης· ο πιο σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας είναι η μονόπλευρη περιοχή του μονολιθικού θετικού ηλεκτροδίου. Σύμφωνα με την παραπάνω ανάλυση, προκειμένου να βελτιωθεί η ειδική ενέργεια της μπαταρίας, είναι το κλειδί να αυξηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η ποσότητα επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου. Αφού προσδιορίσετε το αποδεκτό ανώτερο όριο της ποσότητας επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου, προσαρμόστε τα υπόλοιπα επίπεδα συντελεστών για να επιτύχετε τις απαιτήσεις του πελάτη. Για την ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας, είναι το κλειδί να αυξηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η μονόπλευρη περιοχή του μονολιθικού θετικού ηλεκτροδίου. Αφού προσδιορίσετε το αποδεκτό ανώτερο όριο της μονόπλευρης περιοχής του μονολιθικού θετικού ηλεκτροδίου, προσαρμόστε τα υπόλοιπα επίπεδα συντελεστών για να ικανοποιήσετε τις απαιτήσεις του πελάτη.

Σύμφωνα με αυτό, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η ειδική ενέργεια και η ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας αυξάνονται μονότονα με τον αριθμό των μονάδων κομματιού πόλου, την ποσότητα της επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου και την περιοχή μονής όψης ενός μόνο θετικού ηλεκτροδίου. Μεταξύ των τριών παραγόντων του αριθμού των μονάδων κομματιού πόλου, της ποσότητας επικάλυψης του θετικού ηλεκτροδίου και της μονόπλευρης επιφάνειας ενός μόνο θετικού ηλεκτροδίου, η επίδραση της ποσότητας της επικάλυψης θετικού ηλεκτροδίου στην ειδική ενέργεια της μπαταρίας είναι το πιο σημαντικό? Μεταξύ των τριών παραγόντων της μονόπλευρης περιοχής της, η μονόπλευρη περιοχή της μονολιθικής καθόδου έχει τον πιο σημαντικό αντίκτυπο στην ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας.

Στη συνέχεια, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία [2], συζητείται πώς να ελαχιστοποιηθεί η ποιότητα της μπαταρίας όταν απαιτείται μόνο η χωρητικότητα της μπαταρίας και το μέγεθος της μπαταρίας και άλλοι δείκτες απόδοσης δεν απαιτούνται σύμφωνα με το καθορισμένο σύστημα υλικών και την τεχνολογία επεξεργασίας επίπεδο. Ο υπολογισμός της ποιότητας της μπαταρίας με τον αριθμό των θετικών πλακών και την αναλογία των θετικών πλακών ως ανεξάρτητες μεταβλητές φαίνεται στον τύπο (5).

εικόνα

Στον τύπο (5), το M(x, y) είναι η συνολική μάζα της μπαταρίας. x είναι ο αριθμός των θετικών πλακών στην μπαταρία. y είναι ο λόγος διαστάσεων των θετικών πλακών (η τιμή του είναι ίση με το πλάτος διαιρούμενο με το μήκος, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2). k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 είναι συντελεστές και οι τιμές τους καθορίζονται από 26 παραμέτρους που σχετίζονται με τη χωρητικότητα της μπαταρίας, το σύστημα υλικού και το επίπεδο τεχνολογίας επεξεργασίας, βλέπε Πίνακα 2. Αφού καθοριστούν οι παράμετροι στον Πίνακα 2 , κάθε συντελεστής Στη συνέχεια προσδιορίζεται ότι η σχέση μεταξύ των 26 παραμέτρων και των k1, k2, k3, k4, k5, k6 και k7 είναι πολύ απλή, αλλά η διαδικασία παραγωγής είναι πολύ περίπλοκη. Εξάγοντας μαθηματικά την ανακοίνωση (5), προσαρμόζοντας τον αριθμό των θετικών πλακών και την αναλογία των θετικών πλακών, μπορεί να επιτευχθεί η ελάχιστη ποιότητα μπαταρίας που μπορεί να επιτευχθεί με τη σχεδίαση του μοντέλου.

εικόνα

Σχήμα 2 Σχηματικό διάγραμμα του μήκους και του πλάτους της πολυστρωματικής μπαταρίας

Πίνακας 2 Παράμετροι σχεδιασμού ελασματοποιημένων κυψελών

εικόνα

Στον Πίνακα 2, η συγκεκριμένη τιμή είναι η πραγματική τιμή παραμέτρου της μπαταρίας χωρητικότητας 50.3Ah. Οι σχετικές παράμετροι καθορίζουν ότι τα k1, k2, k3, k4, k5, k6 και k7 είναι 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 αντίστοιχα. , το x είναι 21, το y είναι 1.97006 (το πλάτος του θετικού ηλεκτροδίου είναι 329 mln και το μήκος είναι 167 mm). Μετά τη βελτιστοποίηση, όταν ο αριθμός των θετικών ηλεκτροδίων είναι 51, η ποιότητα της μπαταρίας είναι η μικρότερη.