TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech ja teised meeskonnad on põhimõtteliselt saavutanud 300 Wh/kg võimsusega akude uurimis- ja arendustegevuse. Lisaks on endiselt suur hulk üksusi, kes teevad sellega seotud arendus- ja uurimistööd.

Paindliku pakendiga liitiumioonakude koostis sisaldab tavaliselt positiivseid elektroode, negatiivseid elektroode, separaatoreid, elektrolüüte ja muid vajalikke abimaterjale, nagu sakid, teibid ja alumiiniumplastid. Vastavalt arutelu vajadustele jagab käesoleva töö autor pehmepakendis liitiumioonakus olevad ained kahte kategooriasse: pooluseosa ja energiat mitteandva materjali kombinatsioon. Pooluse üksus viitab positiivsele elektroodile pluss negatiivsele elektroodile ning kõiki positiivseid elektroode ja Negatiivset elektroodi võib vaadelda mitmest pooluseosa ühikust koosnevate pooluste üksuste kombinatsioonina; energiat mitteandvad ained viitavad kõikidele muudele ainetele, välja arvatud pooluste osade kombinatsioonid, nagu membraanid, elektrolüüdid, pooluste kõrvad, alumiiniumplastid, kaitseteibid ja otsad. lint jne. Tavaliste LiMO 2 (M = Co, Ni ja Ni-Co-Mn jne)/süsiniksüsteemi liitium-ioonakude puhul määrab pooluste üksuste kombinatsioon aku mahutavuse ja energia.

Praegu, et saavutada eesmärk 300Wh/kg aku massi erienergia kohta, on peamised meetodid järgmised:

(1) Valige suure võimsusega materjalisüsteem, positiivne elektrood on valmistatud kõrge niklisisaldusega kolmekomponendilisest materjalist ja negatiivne elektrood on valmistatud ränisüsinikust;

(2) konstrueerida kõrgepinge elektrolüüt, et parandada laengu väljalülituspinget;

(3) Optimeerida positiivse ja negatiivse elektroodi suspensiooni koostist ja suurendada aktiivse materjali osakaalu elektroodis;

(4) Voolukollektorite osakaalu vähendamiseks kasutage õhemat vaskfooliumi ja alumiiniumfooliumi;

(5) Suurendage positiivsete ja negatiivsete elektroodide katte kogust ning suurendage elektroodides olevate aktiivsete materjalide osakaalu;

(6) Kontrollige elektrolüüdi kogust, vähendage elektrolüüdi kogust ja suurendage liitiumioonakude erienergiat;

(7) Optimeerige aku struktuuri ja vähendage sakkide ja pakkematerjalide osakaalu akus.

Kolme silindrilise, ruudukujulise kõva kesta ja pehme kihiga lamineeritud lehe akuvormide hulgas on pehmel akul paindliku konstruktsiooni, kerge kaal, madala sisetakistusega, mida pole kerge plahvatada, palju tsükleid ja erienergiat. aku jõudlus on samuti suurepärane. Seetõttu on lamineeritud pehme pakendiga liitiumioonaku praegu kuum uurimisteema. Lamineeritud pehme võimsusega liitiumioonaku mudeli väljatöötamise protsessis saab peamised muutujad jagada järgmiseks kuueks aspektiks. Esimest kolme võib pidada elektrokeemilise süsteemi taseme ja projekteerimisreeglite määratuks ning viimased kolm on tavaliselt mudeli disain. huvipakkuvad muutujad.

(1) positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjalid ja koostised;

(2) positiivsete ja negatiivsete elektroodide tihendustihedus;

(3) negatiivse elektroodi võimsuse (N) ja positiivse elektroodi võimsuse (P) (N/P) suhe;

(4) pooluste ühikute arv (võrdne positiivsete pooluste arvuga);

(5) Positiivse elektroodi katte kogus (N/P määramise põhjal määrake esmalt positiivse elektroodi katte kogus ja seejärel negatiivse elektroodi katte kogus);

(6) Ühe positiivse elektroodi ühepoolne pindala (määratakse positiivse elektroodi pikkuse ja laiusega, positiivse elektroodi pikkuse ja laiuse määramisel määratakse ka negatiivse elektroodi suurus, ja lahtri suurust saab määrata).

Esiteks, vastavalt kirjandusele [1] pooluste ühikute arvu, positiivse elektroodi katte koguse ja ühe positiivse elektroodi ühe külje pindala mõju elektroodi erienergiale ja energiatihedusele. aku on arutatud. Aku erienergiat (ES) saab väljendada võrrandiga (1).

pilt

Valemis (1): x on akus sisalduvate positiivsete elektroodide arv; y on positiivse elektroodi katte kogus, kg/m2; z on ühe positiivse elektroodi ühepoolne pindala, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) on energia, mida pooluse üksus võib anda, Wh, arvutusvalem on näidatud valemis (2).

pilt

Valemis (2): DAV on keskmine tühjenduspinge, V; PC on positiivse elektroodi aktiivmaterjali massi suhe positiivse elektroodi aktiivmaterjali kogumassi pluss juhtiva aine ja sideaine, %; SCC on positiivse elektroodi aktiivmaterjali erimaht, Ah / kg; m(y, z) on pooluse ühiku mass, kg ja arvutusvalem on näidatud valemis (3).

pilt

Valemis (3): KCT on monoliitse positiivse elektroodi kogupindala (kattepinna ja lipikfooliumi pindala summa) ja monoliitse positiivse elektroodi ühepoolse pindala suhe ja on suurem kui 1; TAL on alumiiniumist voolukollektori paksus, m; ρAl on alumiiniumist voolukollektori tihedus, kg/m3; KA on iga negatiivse elektroodi kogupindala ja ühe positiivse elektroodi ühepoolse pindala suhe ja see on suurem kui 1; TCu on vase voolukollektori paksus, m; ρCu on vase voolukollektor. Tihedus, kg/m3; N/P on negatiivse elektroodi võimsuse ja positiivse elektroodi võimsuse suhe; PA on negatiivse elektroodi aktiivse materjali massi suhe negatiivse elektroodi aktiivmaterjali kogumassi pluss juhtiva aine ja sideaine, %; SCA on negatiivse elektroodi aktiivse materjali suhe mahutavus, Ah/kg. M(x, y, z) on energiat mitteandva aine mass, kg, arvutusvalem on näidatud valemis (4)

pilt

Valemis (4): kAP on alumiiniumplasti pindala ja ühe positiivse elektroodi ühepoolse ala suhe ja see on suurem kui 1; SDAP on alumiiniumplasti pindala tihedus, kg/m2; mTab on positiivsete ja negatiivsete elektroodide kogumass, mida saab näha konstandist; mTape on lindi kogumass, mida võib pidada konstandiks; kS on eraldaja kogupindala ja positiivse elektroodi lehe kogupindala suhe ja on suurem kui 1; SDS on separaatori pindala tihedus, kg/m2; kE on elektrolüüdi ja aku mass Mahtavuse suhe, koefitsient on positiivne arv. Selle järgi võib järeldada, et iga üksiku teguri x, y ja z suurendamine suurendab aku erienergiat.

Selleks, et uurida pooluste ühikute arvu, positiivse elektroodi kattekoguse ja üksiku positiivse elektroodi ühepoolse ala mõju olulisust aku erienergiale ja energiatihedusele, on elektrokeemiline aine. süsteemi ja konstruktsioonireeglid (st elektroodi materjali ja valemi, tihendustiheduse ja N/P jne määramiseks) ning seejärel kombineerida ortogonaalselt kolme teguri kõik tasemed, nagu pooluste ühikute arv, positiivse elektroodi kate ja ühe positiivse elektroodi ühepoolne ala, et võrrelda teatud rühma määratud elektroodi materjali ning vahemiku analüüs viidi läbi aku arvutatud erienergia ja energiatiheduse põhjal. valem, tihendatud tihedus ja N/P. Ortogonaalse konstruktsiooni ja arvutustulemused on toodud tabelis 1. Ortogonaalse projekteerimise tulemusi analüüsiti vahemiku meetodil ja tulemused on näidatud joonisel 1. Aku erienergia ja energiatihedus suurenevad monotoonselt pooluste ühikute arvuga. , positiivse elektroodi katte kogus ja ühes tükis positiivse elektroodi ühepoolne ala. Kolmest pooluseosa ühikute arvu, positiivse elektroodi katte koguse ja ühe positiivse elektroodi ühepoolse pindala hulgast mõjutab positiivse elektroodi katte kogus kõige olulisemat mõju elektroodi erienergiale. aku; Ühepoolse ala kolmest tegurist mõjutab aku energiatihedust kõige olulisem monoliitkatoodi ühepoolne ala.

pilt

pilt

Jooniselt 1a on näha, et aku erienergia suureneb monotoonselt pooluste ühikute arvu, katoodi katte hulga ja ühes tükis katoodi ühepoolse pindalaga, mis kontrollib aku õigsust. eelmise osa teoreetiline analüüs; kõige olulisem tegur, mis mõjutab aku erienergiat, on positiivne katte kogus. Jooniselt 1b on näha, et aku energiatihedus suureneb monotoonselt pooluste ühikute arvu, positiivse elektroodi katte hulga ja ühe positiivse elektroodi ühepoolse alaga, mis samuti kontrollib õigsust. eelmise teoreetilise analüüsi kohta; kõige olulisem aku energiatihedust mõjutav tegur on monoliitse positiivse elektroodi ühepoolne ala. Ülaltoodud analüüsi kohaselt on aku erienergia parandamiseks võtmetähtsusega positiivse elektroodi katte kogust nii palju kui võimalik suurendada. Pärast positiivse elektroodi kattekoguse vastuvõetava ülempiiri kindlaksmääramist reguleerige ülejäänud teguritasemeid, et saavutada kliendi nõuded; Aku energiatiheduse jaoks on võti suurendada monoliitse positiivse elektroodi ühepoolset pindala nii palju kui võimalik. Pärast monoliitse positiivse elektroodi ühepoolse ala vastuvõetava ülemise piiri kindlaksmääramist reguleerige ülejäänud teguritasemed vastavalt kliendi nõudmistele.

Selle järgi võib järeldada, et aku erienergia ja energiatihedus suurenevad monotoonselt pooluste ühikute arvu, positiivse elektroodi katte hulga ja ühe positiivse elektroodi ühepoolse pindalaga. Pooluste ühikute arvu, positiivse elektroodi katte koguse ja ühe positiivse elektroodi ühepoolse ala kolme teguri hulgas on positiivse elektroodi katte hulga mõju aku erienergiale kõige olulisem; Ühepoolse ala kolmest tegurist mõjutab aku energiatihedust kõige olulisem monoliitkatoodi ühepoolne ala.

Seejärel käsitletakse vastavalt kirjandusele [2], kuidas minimeerida aku kvaliteeti, kui on vaja ainult aku mahtuvust ning aku suurust ja muid jõudlusnäitajaid ei nõuta kindlaksmääratud materjalisüsteemi ja töötlemistehnoloogia järgi. tasemel. Aku kvaliteedi arvutamine positiivsete plaatide arvu ja positiivsete plaatide kuvasuhtega sõltumatute muutujatena on näidatud valemis (5).

pilt

Valemis (5) on M(x, y) aku kogumass; x on aku positiivsete plaatide arv; y on positiivsete plaatide kuvasuhe (selle väärtus võrdub laiusega jagatud pikkusega, nagu on näidatud joonisel 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 on koefitsiendid ja nende väärtused on määratud 26 parameetriga, mis on seotud aku mahutavuse, materjalisüsteemi ja töötlemistehnoloogia tasemega, vt tabel 2. Pärast tabelis 2 toodud parameetrite määramist , iga koefitsient Seejärel tehakse kindlaks, et seos 26 parameetri ja k1, k2, k3, k4, k5, k6 ja k7 vahel on väga lihtne, kuid tuletamisprotsess on väga tülikas. Teate (5) matemaatilise tuletamise, positiivsete plaatide arvu ja positiivsete plaatide kuvasuhte reguleerimise abil on võimalik saavutada mudeli disainiga saavutatav minimaalne aku kvaliteet.

pilt

Joonis 2 Lamineeritud aku pikkuse ja laiuse skemaatiline diagramm

Tabel 2 Lamineeritud raku konstruktsiooniparameetrid

pilt

Tabelis 2 on konkreetne väärtus 50.3Ah mahutavusega aku tegelik parameetri väärtus. Asjakohased parameetrid määravad kindlaks, et k1, k2, k3, k4, k5, k6 ja k7 on vastavalt 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609. , x on 21, y on 1.97006 (positiivse elektroodi laius on 329 miljonit ja pikkus 167 mm). Pärast optimeerimist, kui positiivsete elektroodide arv on 51, on aku kvaliteet madalaim.