TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech ja muut tiimit ovat periaatteessa saavuttaneet 300 Wh/kg tehoakkujen tutkimuksen ja kehityksen. Lisäksi siellä on edelleen suuri määrä yksiköitä, jotka tekevät siihen liittyvää kehitys- ja tutkimustyötä.

Joustopakkausten litiumioniakkujen koostumus sisältää yleensä positiivisia elektrodeja, negatiivisia elektrodeja, erottimia, elektrolyyttejä ja muita tarpeellisia apumateriaaleja, kuten liuskoja, teippejä ja alumiinimuovia. Tämän artikkelin kirjoittaja jakaa keskustelun tarpeiden mukaan pehmeäpakkaisessa litiumioniakussa olevat aineet kahteen kategoriaan: napakappaleyksikön ja energiaa tuottamattoman materiaalin yhdistelmään. Napakappaleyksikkö viittaa positiiviseen elektrodiin plus negatiiviseen elektrodiin, ja kaikki positiiviset elektrodit ja Negatiivinen elektrodi voidaan pitää napakappaleyksiköiden yhdistelmänä, joka koostuu useista napakappaleyksiköistä; Ei-vaikuttavilla energiaaineilla tarkoitetaan kaikkia muita aineita paitsi napakappaleyksiköiden yhdistelmää, kuten kalvoja, elektrolyyttejä, napakorvakkeita, alumiinimuoveja, suojateippejä ja päätteitä. teippi jne. Tavallisissa LiMO 2 (M = Co, Ni ja Ni-Co-Mn, jne.)/hiilijärjestelmän Li-ion-akuissa napayksiköiden yhdistelmä määrää akun kapasiteetin ja energian.

Tällä hetkellä tavoitteen 300Wh/kg akun massakohtaista energiaa saavuttamiseksi tärkeimmät menetelmät ovat:

(1) Valitse suurikapasiteettinen materiaalijärjestelmä, positiivinen elektrodi on valmistettu korkean nikkelin kolmiosaisesta ja negatiivinen elektrodi on valmistettu piihiilestä;

(2) Suunnittele korkeajänniteelektrolyytti latauksen katkaisujännitteen parantamiseksi;

(3) Optimoi positiivisen ja negatiivisen elektrodilietteen koostumus ja lisää aktiivisen materiaalin osuutta elektrodissa;

(4) Käytä ohuempaa kuparifoliota ja alumiinifoliota vähentääksesi virrankeräinten osuutta;

(5) Lisää positiivisten ja negatiivisten elektrodien pinnoitemäärää ja lisää aktiivisten materiaalien osuutta elektrodeissa;

(6) Säädä elektrolyytin määrää, vähennä elektrolyytin määrää ja lisää litiumioniakkujen ominaisenergiaa;

(7) Optimoi akun rakenne ja vähennä kielekkeiden ja pakkausmateriaalien osuutta akussa.

Kolmen lieriömäisen, neliömäisen kovakuorisen ja pehmeäpakkaisen laminoidun levyn akkumuodon joukossa softpack-akulla on joustava muotoilu, kevyt paino, alhainen sisäinen vastus, se ei ole helppo räjähtää, ja monet syklit sekä ominaisenergia. akun suorituskyky on myös erinomainen. Siksi laminoitu softpack-teho litiumioniakku on tällä hetkellä kuuma tutkimusaihe. Laminoidun softpack-teholitiumioniakun mallisuunnitteluprosessissa tärkeimmät muuttujat voidaan jakaa seuraaviin kuuteen näkökohtaan. Kolmea ensimmäistä voidaan pitää sähkökemiallisen järjestelmän tason ja suunnittelusääntöjen määräävinä, ja viimeiset kolme ovat yleensä mallisuunnittelua. kiinnostavia muuttujia.

(1) Positiiviset ja negatiiviset elektrodimateriaalit ja -koostumukset;

(2) positiivisten ja negatiivisten elektrodien tiivistystiheys;

(3) negatiivisen elektrodin kapasiteetin (N) suhde positiiviseen elektrodikapasiteettiin (P) (N/P);

(4) napakappaleyksiköiden lukumäärä (yhtä kuin positiivisten napakappaleiden lukumäärä);

(5) Positiivisen elektrodin pinnoitemäärä (N/P-määrityksen perusteella määritä ensin positiivisen elektrodin pinnoitemäärä ja sitten negatiivisen elektrodin pinnoitteen määrä);

(6) Yhden positiivisen elektrodin yksipuolinen pinta-ala (määräytyy positiivisen elektrodin pituuden ja leveyden mukaan, kun positiivisen elektrodin pituus ja leveys määritetään, määritetään myös negatiivisen elektrodin koko, ja solun koko voidaan määrittää).

Ensinnäkin kirjallisuuden [1] mukaan napakappaleyksiköiden lukumäärän, positiivisen elektrodin pinnoitteen määrän ja yksittäisen positiivisen elektrodin yksipuolisen alueen vaikutus elektrodin ominaisenergiaan ja energiatiheyteen. akusta keskustellaan. Akun ominaisenergia (ES) voidaan ilmaista yhtälöllä (1).

kuva

Kaavassa (1): x on akun sisältämien positiivisten elektrodien lukumäärä; y on positiivisen elektrodin pinnoitusmäärä, kg/m2; z on yhden positiivisen elektrodin yksipuolinen pinta-ala, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) on energia, jonka napakappaleyksikkö voi tuoda, Wh, laskentakaava on esitetty kaavassa (2).

kuva

Kaavassa (2): DAV on keskimääräinen purkausjännite, V; PC on positiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin massan suhde positiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin sekä johtavan aineen ja sideaineen kokonaismassaan, %; SCC on positiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin ominaiskapasiteetti, Ah / kg; m(y, z) on napakappaleen massa, kg ja laskentakaava on esitetty kaavassa (3).

kuva

Kaavassa (3): KCT on monoliittisen positiivisen elektrodin kokonaispinta-alan suhde (pinnoitealueen ja kalvokalvon pinta-alan summa) monoliittisen positiivisen elektrodin yksipuoliseen pinta-alaan, ja se on suurempi kuin 1; TAl on alumiinisen virrankerääjän paksuus, m; ρAl on alumiinisen virranottolaitteen tiheys, kg/m3; KA on kunkin negatiivisen elektrodin kokonaispinta-alan suhde yhden positiivisen elektrodin yksipuoliseen pinta-alaan ja on suurempi kuin 1; TCu on kuparivirtakollektorin paksuus, m; ρCu on kuparivirran kollektori. Tiheys, kg/m3; N/P on negatiivisen elektrodin kapasiteetin suhde positiiviseen elektrodikapasiteettiin; PA on negatiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin massan suhde negatiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin sekä johtavan aineen ja sideaineen kokonaismassaan, %; SCA on negatiivisen elektrodin aktiivisen materiaalin suhde Kapasiteetti, Ah/kg. M(x, y, z) on energiaa tuottamattoman aineen massa, kg, laskentakaava näkyy kaavassa (4)

kuva

Kaavassa (4): kAP on alumiini-muovi-alueen suhde yhden positiivisen elektrodin yksipuoliseen pinta-alaan ja on suurempi kuin 1; SDAP on alumiini-muovin pinta-alatiheys, kg/m2; mTab on positiivisten ja negatiivisten elektrodien kokonaismassa, joka voidaan nähdä vakiosta; mTeippi on nauhan kokonaismassa, jota voidaan pitää vakiona; kS on erottimen kokonaispinta-alan suhde positiivisen elektrodilevyn kokonaispinta-alaan ja on suurempi kuin 1; SDS on erottimen pinta-alatiheys, kg/m2; kE on elektrolyytin ja akun massa Kapasiteetin suhde, kerroin on positiivinen luku. Tämän perusteella voidaan päätellä, että minkä tahansa yksittäisen tekijän x, y ja z lisäys lisää akun ominaisenergiaa.

Selvittääkseen napakappaleyksiköiden lukumäärän, positiivisen elektrodin pinnoitemäärän ja yhden positiivisen elektrodin yksipuolisen alueen vaikutuksen akun ominaisenergiaan ja energiatiheyteen, on sähkökemiallinen järjestelmä- ja suunnittelusäännöt (eli elektrodin materiaalin ja kaavan, tiivistystiheyden ja N/P:n määrittämiseksi) ja yhdistä sitten ortogonaalisesti kunkin kolmen tekijän taso, kuten napakappaleyksiköiden lukumäärä, positiivisen elektrodin pinnoite ja yksittäisen positiivisen elektrodin yksipuolinen pinta-ala, jotta voidaan verrata tietyn ryhmän määrittämää elektrodimateriaalia ja Range-analyysi suoritettiin akun lasketun ominaisenergian ja energiatiheyden perusteella. kaava, tiivistetty tiheys ja N/P. Ortogonaalisen suunnittelun ja laskentatulokset on esitetty taulukossa 1. Ortogonaalisen suunnittelun tulokset analysoitiin etäisyysmenetelmällä ja tulokset on esitetty kuvassa 1. Akun ominaisenergia ja energiatiheys kasvavat monotonisesti napakappaleiden lukumäärän myötä. , positiivisen elektrodin pinnoitteen määrä ja yksiosaisen positiivisen elektrodin yksipuolinen alue. Napakappaleyksiköiden lukumäärän, positiivisen elektrodin pinnoitteen määrän ja yhden positiivisen elektrodin yksipuolisen alueen kolmesta tekijästä positiivisen elektrodin pinnoitteen määrällä on merkittävin vaikutus elektrodin ominaisenergiaan. akku; Yksipuolisen alueen kolmesta tekijästä monoliittisen katodin yksipuolisella alueella on merkittävin vaikutus akun energiatiheyteen.

kuva

kuva

Kuvasta 1a voidaan nähdä, että akun ominaisenergia kasvaa monotonisesti napakappaleyksiköiden lukumäärän, katodin pinnoitteen määrän ja yksiosaisen katodin yksipuolisen alueen myötä, mikä varmistaa edellisen osan teoreettinen analyysi; merkittävin akun ominaisenergiaan vaikuttava tekijä on Positiivinen pinnoitemäärä. Kuvasta 1b voidaan nähdä, että akun energiatiheys kasvaa monotonisesti napakappaleyksiköiden lukumäärän, positiivisen elektrodin pinnoitteen määrän ja yksittäisen positiivisen elektrodin yksipuolisen alueen myötä, mikä myös varmistaa oikeellisuuden edellisestä teoreettisesta analyysistä; merkittävin akun energiatiheyteen vaikuttava tekijä on monoliittisen positiivisen elektrodin yksipuolinen alue. Yllä olevan analyysin mukaan akun ominaisenergian parantamiseksi on avainasemassa lisätä positiivisen elektrodin pinnoitemäärää niin paljon kuin mahdollista. Kun olet määrittänyt positiivisen elektrodin pinnoitemäärän hyväksyttävän ylärajan, säädä jäljellä olevat tekijätasot asiakkaan vaatimusten mukaisesti; Akun energiatiheyden kannalta on avainasemassa lisätä monoliittisen positiivisen elektrodin yksipuolista aluetta niin paljon kuin mahdollista. Kun olet määrittänyt monoliittisen positiivisen elektrodin yksipuolisen alueen hyväksyttävän ylärajan, säädä jäljellä olevat tekijätasot asiakkaan vaatimusten mukaisesti.

Tämän perusteella voidaan päätellä, että akun ominaisenergia ja energiatiheys kasvavat monotonisesti napakappaleyksiköiden lukumäärän, positiivisen elektrodin pinnoitteen määrän ja yhden positiivisen elektrodin yksipuolisen alueen myötä. Napakappaleyksiköiden lukumäärän, positiivisen elektrodin pinnoitteen määrän ja yhden positiivisen elektrodin yksipuolisen alueen kolmesta tekijästä positiivisen elektrodin pinnoitteen määrän vaikutus akun ominaisenergiaan on merkittävin; Yksipuolisen alueen kolmesta tekijästä monoliittisen katodin yksipuolisella alueella on merkittävin vaikutus akun energiatiheyteen.

Sitten kirjallisuuden [2] mukaan pohditaan, kuinka akun laatua minimoidaan, kun vaaditaan vain akun kapasiteetti, eikä akun kokoa ja muita suorituskykyindikaattoreita vaadita määrätyssä materiaalijärjestelmässä ja käsittelytekniikassa. taso. Akun laadun laskeminen positiivisten levyjen lukumäärällä ja positiivisten levyjen kuvasuhteella riippumattomina muuttujina on esitetty kaavassa (5).

kuva

Kaavassa (5) M(x, y) on akun kokonaismassa; x on akun positiivisten levyjen lukumäärä; y on positiivisten levyjen sivusuhde (sen arvo on yhtä suuri kuin leveys jaettuna pituudella, kuten kuvassa 2 esitetään); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 ovat kertoimia, ja niiden arvot määräytyvät 26 parametrilla, jotka liittyvät akun kapasiteettiin, materiaalijärjestelmään ja käsittelyteknologian tasoon, katso taulukko 2. Taulukon 2 parametrien määrittämisen jälkeen , jokainen kerroin Tämän jälkeen määritetään, että 26 parametrin ja k1, k2, k3, k4, k5, k6 ja k7 välinen suhde on hyvin yksinkertainen, mutta johtamisprosessi on erittäin hankala. Johdattamalla matemaattisesti ilmoitus (5), säätämällä positiivisten levyjen lukumäärää ja positiivisten levyjen kuvasuhdetta voidaan saavuttaa akun vähimmäislaatu, joka voidaan saavuttaa mallin suunnittelulla.

kuva

Kuva 2 Kaaviokaavio laminoidun akun pituudesta ja leveydestä

Taulukko 2 Laminoitujen kennojen suunnitteluparametrit

kuva

Taulukossa 2 spesifinen arvo on 50.3 Ah kapasiteetin akun todellinen parametriarvo. Asiaankuuluvat parametrit määrittävät, että k1, k2, k3, k4, k5, k6 ja k7 ovat vastaavasti 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554 ja 921.609. , x on 21, y on 1.97006 (positiivisen elektrodin leveys on 329 miljoonaa ja pituus 167 mm). Optimoinnin jälkeen, kun positiivisten elektrodien lukumäärä on 51, akun laatu on pienin.