TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech અને અન્ય ટીમોએ મૂળભૂત રીતે 300 Wh/kg પાવર બેટરીનું સંશોધન અને વિકાસ હાંસલ કર્યો છે. વધુમાં, હજુ પણ મોટી સંખ્યામાં એકમો સંબંધિત વિકાસ અને સંશોધન કાર્ય હાથ ધરે છે.

લવચીક પેકેજિંગ લિથિયમ-આયન બેટરીની રચનામાં સામાન્ય રીતે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ, વિભાજક, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ અને અન્ય જરૂરી સહાયક સામગ્રી, જેમ કે ટેબ, ટેપ અને એલ્યુમિનિયમ પ્લાસ્ટિકનો સમાવેશ થાય છે. ચર્ચાની જરૂરિયાતો અનુસાર, આ પેપરના લેખક સોફ્ટ-પેક લિથિયમ-આયન બેટરીમાંના પદાર્થોને બે શ્રેણીઓમાં વિભાજિત કરે છે: ધ્રુવ ભાગ એકમનું સંયોજન અને બિન-ઊર્જા-ફાળો આપતી સામગ્રી. ધ્રુવ ભાગ એકમ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ વત્તા નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનો સંદર્ભ આપે છે, અને તમામ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડને કેટલાક ધ્રુવ ભાગના એકમોથી બનેલા પોલ પીસ એકમોના સંયોજન તરીકે ગણી શકાય; બિન-ફાળો આપનારા ઊર્જા પદાર્થો ધ્રુવના ટુકડાના એકમોના સંયોજન સિવાયના અન્ય તમામ પદાર્થોનો સંદર્ભ આપે છે, જેમ કે ડાયાફ્રેમ્સ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, પોલ લગ્સ, એલ્યુમિનિયમ પ્લાસ્ટિક, રક્ષણાત્મક ટેપ અને સમાપ્તિ. ટેપ વગેરે. સામાન્ય LiMO 2 (M = Co, Ni અને Ni-Co-Mn, વગેરે)/કાર્બન સિસ્ટમ લિ-આયન બેટરી માટે, પોલ પીસ એકમોનું સંયોજન બેટરીની ક્ષમતા અને ઊર્જા નક્કી કરે છે.

હાલમાં, 300Wh/kg બેટરી માસ ચોક્કસ ઉર્જાનું લક્ષ્ય હાંસલ કરવા માટે, મુખ્ય પદ્ધતિઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

(1) ઉચ્ચ-ક્ષમતા ધરાવતી સામગ્રી સિસ્ટમ પસંદ કરો, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ઉચ્ચ નિકલ ટર્નરીથી બનેલું છે, અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સિલિકોન કાર્બનથી બનેલું છે;

(2) ચાર્જ કટ-ઓફ વોલ્ટેજને સુધારવા માટે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ડિઝાઇન કરો;

(3) સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સ્લરીના ફોર્મ્યુલેશનને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો અને ઇલેક્ટ્રોડમાં સક્રિય સામગ્રીના પ્રમાણમાં વધારો કરો;

(4) વર્તમાન કલેક્ટર્સનું પ્રમાણ ઘટાડવા માટે પાતળા કોપર ફોઇલ અને એલ્યુમિનિયમ ફોઇલનો ઉપયોગ કરો;

(5) સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ્સના કોટિંગની માત્રામાં વધારો, અને ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં સક્રિય પદાર્થોના પ્રમાણમાં વધારો;

(6) ઇલેક્ટ્રોલાઇટની માત્રાને નિયંત્રિત કરો, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની માત્રામાં ઘટાડો કરો અને લિથિયમ-આયન બેટરીની ચોક્કસ ઊર્જામાં વધારો કરો;

(7) બેટરીની રચનાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો અને બેટરીમાં ટેબ્સ અને પેકેજિંગ સામગ્રીઓનું પ્રમાણ ઘટાડે છે.

નળાકાર, ચોરસ હાર્ડ શેલ અને સોફ્ટ-પેક લેમિનેટેડ શીટના ત્રણ બેટરી સ્વરૂપો પૈકી, સોફ્ટ-પેક બેટરીમાં લવચીક ડિઝાઇન, હલકો વજન, ઓછી આંતરિક પ્રતિકાર, વિસ્ફોટ કરવામાં સરળ નથી, અને ઘણા ચક્રો અને ચોક્કસ ઊર્જાની લાક્ષણિકતાઓ છે. બેટરીની કામગીરી પણ ઉત્કૃષ્ટ છે. તેથી, લેમિનેટેડ સોફ્ટ-પેક પાવર લિથિયમ-આયન બેટરી હાલમાં એક ગરમ સંશોધન વિષય છે. લેમિનેટેડ સોફ્ટ-પેક પાવર લિથિયમ-આયન બેટરીની મોડેલ ડિઝાઇન પ્રક્રિયામાં, મુખ્ય ચલોને નીચેના છ પાસાઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. પ્રથમ ત્રણને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમ અને ડિઝાઇન નિયમોના સ્તર દ્વારા નિર્ધારિત ગણવામાં આવે છે, અને પછીના ત્રણ સામાન્ય રીતે મોડેલ ડિઝાઇન છે. રસના ચલો.

(1) હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી અને ફોર્મ્યુલેશન;

(2) હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની કોમ્પેક્શન ઘનતા;

(3) નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ક્ષમતા (N) થી હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ક્ષમતા (P) (N/P) નો ગુણોત્તર;

(4) ધ્રુવના ટુકડાના એકમોની સંખ્યા (ધન ધ્રુવના ટુકડાઓની સંખ્યા જેટલી);

(5) હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગ રકમ (N/P નિર્ધારણના આધારે, પ્રથમ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગ રકમ નક્કી કરો, અને પછી નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગ રકમ નક્કી કરો);

(6) સિંગલ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનો એક-બાજુ વિસ્તાર (સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની લંબાઈ અને પહોળાઈ દ્વારા નિર્ધારિત, જ્યારે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની લંબાઈ અને પહોળાઈ નક્કી કરવામાં આવે છે, ત્યારે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનું કદ પણ નક્કી કરવામાં આવે છે, અને કોષનું કદ નક્કી કરી શકાય છે).

પ્રથમ, સાહિત્ય [1] અનુસાર, ધ્રુવના ટુકડાના એકમોની સંખ્યા, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રા અને સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડ વિસ્તારની ચોક્કસ ઊર્જા અને ઊર્જા ઘનતા પરનો પ્રભાવ. બેટરીની ચર્ચા કરવામાં આવી છે. બેટરીની ચોક્કસ ઊર્જા (ES) સમીકરણ (1) દ્વારા વ્યક્ત કરી શકાય છે.

ચિત્ર

સૂત્રમાં (1): x એ બેટરીમાં રહેલા હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સંખ્યા છે; y એ ધન ઇલેક્ટ્રોડની કોટિંગ રકમ છે, kg/m2; z એ સિંગલ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનો એક-બાજુ વિસ્તાર છે, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) એ ઊર્જા છે જે ધ્રુવ ભાગનું એકમ યોગદાન આપી શકે છે, Wh, ગણતરી સૂત્ર સૂત્ર (2) માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

ચિત્ર

ફોર્મ્યુલામાં (2): DAV એ સરેરાશ ડિસ્ચાર્જ વોલ્ટેજ છે, V; PC એ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રીના કુલ દળ અને વાહક એજન્ટ અને બાઈન્ડર, %; SCC એ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રીની ચોક્કસ ક્ષમતા છે, Ah/kg; m(y, z) એ ધ્રુવ ભાગ એકમ, કિગ્રાનું દળ છે અને ગણતરીનું સૂત્ર સૂત્ર (3) માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.

ચિત્ર

ફોર્મ્યુલામાં (3): KCT એ મોનોલિથિક પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના એકલ-બાજુવાળા વિસ્તાર સાથે મોનોલિથિક પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ (કોટિંગ વિસ્તાર અને ટેબ ફોઇલ વિસ્તારનો સરવાળો) ના કુલ વિસ્તારનો ગુણોત્તર છે, અને તે છે 1 કરતા વધારે; TAL એ એલ્યુમિનિયમ વર્તમાન કલેક્ટરની જાડાઈ છે, m; ρAl એ એલ્યુમિનિયમ વર્તમાન કલેક્ટરની ઘનતા છે, kg/m3; KA એ દરેક નકારાત્મક વિદ્યુતધ્રુવના કુલ ક્ષેત્રફળનો ગુણોત્તર અને સિંગલ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડ એરિયાનો છે અને તે 1 કરતા વધારે છે; TCu એ કોપર વર્તમાન કલેક્ટરની જાડાઈ છે, m; ρCu એ કોપર વર્તમાન કલેક્ટર છે. ઘનતા, kg/m3; N/P એ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ક્ષમતા અને હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ક્ષમતાનો ગુણોત્તર છે; PA એ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રીના કુલ સમૂહ વત્તા વાહક એજન્ટ અને બાઈન્ડર, % નો ગુણોત્તર છે; SCA એ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સક્રિય સામગ્રી ક્ષમતા, Ah/kg નો ગુણોત્તર છે. M(x, y, z) એ બિન-ઊર્જા-ફાળો આપતા પદાર્થનું દળ છે, kg, ગણતરીનું સૂત્ર સૂત્ર (4) માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

ચિત્ર

ફોર્મ્યુલા (4) માં: kAP એ એલ્યુમિનિયમ-પ્લાસ્ટિક વિસ્તાર અને સિંગલ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડ વિસ્તારનો ગુણોત્તર છે, અને તે 1 કરતા વધારે છે; SDAP એ એલ્યુમિનિયમ-પ્લાસ્ટિકની ક્ષેત્રીય ઘનતા છે, kg/m2; mTab એ સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનો કુલ સમૂહ છે, જે સ્થિર છે માંથી જોઈ શકાય છે; mTape એ ટેપનો કુલ સમૂહ છે, જેને સ્થિર તરીકે ગણી શકાય; kS એ વિભાજકના કુલ ક્ષેત્રફળ અને હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ શીટના કુલ ક્ષેત્રફળનો ગુણોત્તર છે અને 1 કરતા વધારે છે; SDS એ વિભાજકની ક્ષેત્રીય ઘનતા છે, kg/m2; kE એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને બેટરીનો સમૂહ છે ક્ષમતાનો ગુણોત્તર, ગુણાંક એ ધન સંખ્યા છે. આ મુજબ, તે નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે x, y અને z ના કોઈપણ એક પરિબળનો વધારો બેટરીની વિશિષ્ટ ઊર્જામાં વધારો કરશે.

ધ્રુવ ભાગના એકમોની સંખ્યાના પ્રભાવના મહત્વનો અભ્યાસ કરવા માટે, બેટરીની ચોક્કસ ઉર્જા અને ઉર્જા ઘનતા પર પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના કોટિંગની માત્રા અને સિંગલ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડેડ વિસ્તાર, એક ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિસ્ટમ અને ડિઝાઇન નિયમો (એટલે ​​​​કે, ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી અને સૂત્ર, કોમ્પેક્શન ડેન્સિટી અને N/P, વગેરે નક્કી કરવા), અને પછી ત્રણ પરિબળોના દરેક સ્તરને ઓર્થોગોનલી રીતે જોડો, જેમ કે ધ્રુવના ટુકડા એકમોની સંખ્યા, જથ્થો ચોક્કસ જૂથ દ્વારા નિર્ધારિત ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીની તુલના કરવા માટે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગ, અને હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડના એક ભાગનો એક-બાજુ વિસ્તાર અને ગણતરી કરેલ ચોક્કસ ઊર્જા અને બેટરીની ઊર્જા ઘનતા પર આધારિત શ્રેણી વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. ફોર્મ્યુલા, કોમ્પેક્ટેડ ડેન્સિટી અને N/P. ઓર્થોગોનલ ડિઝાઇન અને ગણતરીના પરિણામો કોષ્ટક 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. ઓર્થોગોનલ ડિઝાઇન પરિણામોનું રેન્જ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, અને પરિણામો આકૃતિ 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. બેટરીની ચોક્કસ ઉર્જા અને ઉર્જા ઘનતા ધ્રુવ ભાગના એકમોની સંખ્યા સાથે એકવિધ રીતે વધે છે. , પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રા અને સિંગલ-પીસ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનો એક બાજુનો વિસ્તાર. ધ્રુવના ટુકડાના એકમોની સંખ્યાના ત્રણ પરિબળોમાં, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રા અને એક જ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનો એક-બાજુ વિસ્તાર, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રા ચોક્કસ ઊર્જા પર સૌથી વધુ નોંધપાત્ર અસર કરે છે. બેટરી; ના સિંગલ-સાઇડ એરિયાના ત્રણ પરિબળોમાં, મોનોલિથિક કેથોડનો સિંગલ-સાઇડ એરિયા બેટરીની એનર્જી ડેન્સિટી પર સૌથી વધુ નોંધપાત્ર અસર કરે છે.

ચિત્ર

ચિત્ર

આકૃતિ 1a પરથી જોઈ શકાય છે કે બેટરીની ચોક્કસ ઉર્જા ધ્રુવના ટુકડાના એકમોની સંખ્યા, કેથોડ કોટિંગની માત્રા અને સિંગલ-પીસ કેથોડના એકલ-બાજુવાળા વિસ્તાર સાથે એકવિધ રીતે વધે છે, જે તેની સાચીતાને ચકાસે છે. અગાઉના ભાગમાં સૈદ્ધાંતિક વિશ્લેષણ; બેટરીની ચોક્કસ ઉર્જાને અસર કરતું સૌથી નોંધપાત્ર પરિબળ એ પોઝિટિવ કોટિંગ રકમ છે. આકૃતિ 1b પરથી જોઈ શકાય છે કે બેટરીની ઉર્જા ઘનતા પોલ પીસ એકમોની સંખ્યા, પોઝિટિવ ઈલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રા અને સિંગલ પોઝિટિવ ઈલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડ એરિયા સાથે એકવિધ રીતે વધે છે, જે સાચીતા પણ ચકાસે છે. અગાઉના સૈદ્ધાંતિક વિશ્લેષણનું; બેટરીની ઉર્જા ઘનતાને અસર કરતું સૌથી નોંધપાત્ર પરિબળ એ મોનોલિથિક પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનો સિંગલ-સાઇડ એરિયા છે. ઉપરોક્ત વિશ્લેષણ મુજબ, બેટરીની ચોક્કસ ઊર્જાને સુધારવા માટે, તે શક્ય તેટલું હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રામાં વધારો કરવાની ચાવી છે. હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગ રકમની સ્વીકાર્ય ઉપલી મર્યાદા નક્કી કર્યા પછી, ગ્રાહકની આવશ્યકતાઓને પ્રાપ્ત કરવા માટે બાકીના પરિબળ સ્તરોને સમાયોજિત કરો; બેટરીની ઉર્જા ઘનતા માટે, મોનોલિથિક પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડ એરિયાને શક્ય તેટલું વધારવું એ ચાવી છે. મોનોલિથિક પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડેડ વિસ્તારની સ્વીકાર્ય ઉપલી મર્યાદા નક્કી કર્યા પછી, ગ્રાહકની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે બાકીના પરિબળ સ્તરોને સમાયોજિત કરો.

આ મુજબ, તે નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે બેટરીની ચોક્કસ ઉર્જા અને ઉર્જા ઘનતા ધ્રુવ ભાગના એકમોની સંખ્યા, પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રા અને સિંગલ પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડના સિંગલ-સાઇડ વિસ્તાર સાથે એકવિધ રીતે વધે છે. ધ્રુવ ભાગના એકમોની સંખ્યાના ત્રણ પરિબળોમાં, હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રા અને એક જ હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનો એક બાજુનો વિસ્તાર, બેટરીની ચોક્કસ ઊર્જા પર હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ કોટિંગની માત્રાની અસર છે. સૌથી નોંધપાત્ર; ના સિંગલ-સાઇડ એરિયાના ત્રણ પરિબળોમાં, મોનોલિથિક કેથોડનો સિંગલ-સાઇડ એરિયા બેટરીની એનર્જી ડેન્સિટી પર સૌથી વધુ નોંધપાત્ર અસર કરે છે.

પછી, સાહિત્ય [2] અનુસાર, જ્યારે માત્ર બેટરીની ક્ષમતાની જરૂર હોય ત્યારે બેટરીની ગુણવત્તાને કેવી રીતે ઘટાડી શકાય તે અંગે ચર્ચા કરવામાં આવે છે, અને નિર્ધારિત સામગ્રી સિસ્ટમ અને પ્રક્રિયા તકનીક હેઠળ બેટરીનું કદ અને અન્ય પ્રદર્શન સૂચકાંકો જરૂરી નથી. સ્તર સકારાત્મક પ્લેટોની સંખ્યા અને સ્વતંત્ર ચલો તરીકે હકારાત્મક પ્લેટોના પાસા ગુણોત્તર સાથે બેટરીની ગુણવત્તાની ગણતરી સૂત્ર (5) માં દર્શાવવામાં આવી છે.

ચિત્ર

ફોર્મ્યુલા (5) માં, M(x, y) એ બેટરીનું કુલ દળ છે; x એ બેટરીમાં સકારાત્મક પ્લેટોની સંખ્યા છે; y એ સકારાત્મક પ્લેટોનો સાપેક્ષ ગુણોત્તર છે (તેનું મૂલ્ય આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે લંબાઈથી વિભાજિત પહોળાઈ જેટલું છે); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 ગુણાંક છે, અને તેમના મૂલ્યો બેટરીની ક્ષમતા, મટીરીયલ સિસ્ટમ અને પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલોજીના સ્તરને લગતા 26 પરિમાણો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, કોષ્ટક 2 જુઓ. કોષ્ટક 2 માં પરિમાણો નક્કી થયા પછી , દરેક ગુણાંક પછી તે નક્કી કરવામાં આવે છે કે 26 પરિમાણો અને k1, k2, k3, k4, k5, k6 અને k7 વચ્ચેનો સંબંધ ખૂબ જ સરળ છે, પરંતુ વ્યુત્પત્તિ પ્રક્રિયા ખૂબ જ બોજારૂપ છે. ઘોષણા (5)ને ગાણિતિક રીતે મેળવીને, સકારાત્મક પ્લેટોની સંખ્યા અને સકારાત્મક પ્લેટોના પાસા ગુણોત્તરને સમાયોજિત કરીને, મોડલ ડિઝાઇન દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય તેવી ન્યૂનતમ બેટરી ગુણવત્તા મેળવી શકાય છે.

ચિત્ર

આકૃતિ 2 લેમિનેટેડ બેટરીની લંબાઈ અને પહોળાઈનો યોજનાકીય આકૃતિ

કોષ્ટક 2 લેમિનેટેડ સેલ ડિઝાઇન પરિમાણો

ચિત્ર

કોષ્ટક 2 માં, વિશિષ્ટ મૂલ્ય એ 50.3Ah ની ક્ષમતા ધરાવતી બેટરીનું વાસ્તવિક પરિમાણ મૂલ્ય છે. સંબંધિત પરિમાણો નક્કી કરે છે કે k1, k2, k3, k4, k5, k6 અને k7 અનુક્રમે 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 છે. , x 21 છે, y 1.97006 છે (ધન ઇલેક્ટ્રોડની પહોળાઈ 329 mln છે, અને લંબાઈ 167 mm છે). ઑપ્ટિમાઇઝેશન પછી, જ્યારે હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સંખ્યા 51 છે, ત્યારે બેટરીની ગુણવત્તા સૌથી નાની છે.