TianJinlishen, Guoxuan हाई-टेक और अन्य टीमों ने मूल रूप से 300 Wh/kg पावर बैटरी के अनुसंधान और विकास को हासिल किया है। इसके अलावा, अभी भी बड़ी संख्या में इकाइयाँ संबंधित विकास और अनुसंधान कार्य कर रही हैं।

लचीली पैकेजिंग लिथियम-आयन बैटरी की संरचना में आमतौर पर सकारात्मक इलेक्ट्रोड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड, विभाजक, इलेक्ट्रोलाइट्स, और अन्य आवश्यक सहायक सामग्री, जैसे टैब, टेप और एल्यूमीनियम प्लास्टिक शामिल होते हैं। चर्चा की जरूरतों के अनुसार, इस पत्र के लेखक सॉफ्ट-पैक लिथियम-आयन बैटरी में पदार्थों को दो श्रेणियों में विभाजित करते हैं: पोल पीस यूनिट और गैर-ऊर्जा-योगदान सामग्री का संयोजन। ध्रुव टुकड़ा इकाई एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लस एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड को संदर्भित करता है, और सभी सकारात्मक इलेक्ट्रोड और नकारात्मक इलेक्ट्रोड को कई ध्रुव टुकड़ा इकाइयों से बना ध्रुव टुकड़ा इकाइयों के संयोजन के रूप में माना जा सकता है; गैर-योगदान करने वाले ऊर्जा पदार्थ पोल पीस इकाइयों के संयोजन को छोड़कर अन्य सभी पदार्थों को संदर्भित करते हैं, जैसे कि डायाफ्राम, इलेक्ट्रोलाइट्स, पोल लग्स, एल्यूमीनियम प्लास्टिक, सुरक्षात्मक टेप और टर्मिनेशन। टेप आदि। सामान्य LiMO 2 (M = Co, Ni और Ni-Co-Mn, आदि)/कार्बन प्रणाली Li-ion बैटरी के लिए, पोल पीस इकाइयों का संयोजन बैटरी की क्षमता और ऊर्जा को निर्धारित करता है।

वर्तमान में, 300Wh/kg बैटरी द्रव्यमान विशिष्ट ऊर्जा के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, मुख्य विधियों में शामिल हैं:

(1) एक उच्च क्षमता वाली सामग्री प्रणाली का चयन करें, सकारात्मक इलेक्ट्रोड उच्च निकल टर्नरी से बना है, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सिलिकॉन कार्बन से बना है;

(2) चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज में सुधार के लिए हाई-वोल्टेज इलेक्ट्रोलाइट डिज़ाइन करें;

(3) सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल के निर्माण का अनुकूलन और इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री के अनुपात में वृद्धि;

(4) वर्तमान संग्राहकों के अनुपात को कम करने के लिए पतले तांबे की पन्नी और एल्यूमीनियम पन्नी का उपयोग करें;

(5) सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की कोटिंग मात्रा बढ़ाएं, और इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री के अनुपात में वृद्धि करें;

(6) इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा को नियंत्रित करें, इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा को कम करें और लिथियम आयन बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा को बढ़ाएं;

(7) बैटरी की संरचना का अनुकूलन करें और बैटरी में टैब और पैकेजिंग सामग्री के अनुपात को कम करें।

बेलनाकार, चौकोर हार्ड शेल और सॉफ्ट-पैक लैमिनेटेड शीट के तीन बैटरी रूपों में, सॉफ्ट-पैक बैटरी में लचीली डिज़ाइन, हल्के वजन, कम आंतरिक प्रतिरोध, विस्फोट करने में आसान नहीं, और कई चक्र और विशिष्ट ऊर्जा की विशेषताएं हैं। बैटरी की परफॉर्मेंस भी शानदार है। इसलिए, लैमिनेटेड सॉफ्ट-पैक पावर लिथियम-आयन बैटरी वर्तमान में एक गर्म शोध विषय है। लैमिनेटेड सॉफ्ट-पैक पावर लिथियम-आयन बैटरी की मॉडल डिजाइन प्रक्रिया में, मुख्य चर को निम्नलिखित छह पहलुओं में विभाजित किया जा सकता है। पहले तीन को विद्युत रासायनिक प्रणाली के स्तर और डिजाइन नियमों द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, और बाद के तीन आमतौर पर मॉडल डिजाइन होते हैं। ब्याज के चर।

(1) सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री और फॉर्मूलेशन;

(2) सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड का संघनन घनत्व;

(3) ऋणात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता (N) से धनात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता (P) (N/P) का अनुपात;

(4) ध्रुव टुकड़ा इकाइयों की संख्या (सकारात्मक ध्रुव टुकड़ों की संख्या के बराबर);

(5) सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग राशि (एन / पी निर्धारण के आधार पर, पहले सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग राशि निर्धारित करें, और फिर नकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग राशि निर्धारित करें);

(6) एकल धनात्मक इलेक्ट्रोड का एकल-पक्षीय क्षेत्र (धनात्मक इलेक्ट्रोड की लंबाई और चौड़ाई से निर्धारित होता है, जब धनात्मक इलेक्ट्रोड की लंबाई और चौड़ाई निर्धारित की जाती है, ऋणात्मक इलेक्ट्रोड का आकार भी निर्धारित किया जाता है, और सेल का आकार निर्धारित किया जा सकता है)।

सबसे पहले, साहित्य के अनुसार [1], पोल टुकड़ा इकाइयों की संख्या का प्रभाव, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा और सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एक टुकड़े के एकल-पक्ष क्षेत्र की विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व पर प्रभाव बैटरी की चर्चा है। बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा (ES) को समीकरण (1) द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।

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सूत्र में (1): x बैटरी में निहित सकारात्मक इलेक्ट्रोड की संख्या है; y धनात्मक इलेक्ट्रोड की कोटिंग राशि है, kg/m2; z एकल धनात्मक इलेक्ट्रोड का एकल-पक्षीय क्षेत्र है, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) वह ऊर्जा है जो एक ध्रुव टुकड़ा इकाई योगदान कर सकती है, Wh, गणना सूत्र सूत्र (2) में दिखाया गया है।

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सूत्र (2) में: डीएवी औसत डिस्चार्ज वोल्टेज है, वी; पीसी सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री के द्रव्यमान का सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री प्लस प्रवाहकीय एजेंट और बाइंडर,% के कुल द्रव्यमान का अनुपात है; एससीसी सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री, आह / किग्रा की विशिष्ट क्षमता है; m(y, z) एक ध्रुव टुकड़ा इकाई, किग्रा का द्रव्यमान है, और गणना सूत्र सूत्र (3) में दिखाया गया है।

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सूत्र (3) में: KCT अखंड सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एक तरफा क्षेत्र के लिए अखंड सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कोटिंग क्षेत्र और टैब पन्नी क्षेत्र का योग) के कुल क्षेत्रफल का अनुपात है, और है 1 से अधिक; टीएएल एल्युमिनियम करंट कलेक्टर की मोटाई है, मी; ρAl एल्युमिनियम करंट कलेक्टर का घनत्व है, kg/m3; केए प्रत्येक नकारात्मक इलेक्ट्रोड के कुल क्षेत्रफल का एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र का अनुपात है, और 1 से अधिक है; टीसीयू कॉपर करंट कलेक्टर की मोटाई है, मी; Cu कॉपर करंट कलेक्टर है। घनत्व, किग्रा/एम3; एन/पी नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता और सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता का अनुपात है; पीए नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री द्रव्यमान का अनुपात नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री प्लस प्रवाहकीय एजेंट और बाइंडर,% के कुल द्रव्यमान का अनुपात है; एससीए नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री क्षमता, आह / किग्रा का अनुपात है। एम (एक्स, वाई, जेड) गैर-ऊर्जा-योगदान करने वाले पदार्थ का द्रव्यमान है, किलो, गणना सूत्र सूत्र (4) में दिखाया गया है

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सूत्र (4) में: केएपी एल्यूमीनियम-प्लास्टिक क्षेत्र का एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र का अनुपात है, और 1 से अधिक है; SDAP एल्युमिनियम-प्लास्टिक का क्षेत्रफल घनत्व है, kg/m2; एमटैब सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड का कुल द्रव्यमान है, जिसे देखा जा सकता है, स्थिर है; एमटेप टेप का कुल द्रव्यमान है, जिसे स्थिर माना जा सकता है; kS विभाजक के कुल क्षेत्रफल का धनात्मक इलेक्ट्रोड शीट के कुल क्षेत्रफल का अनुपात है, और 1 से अधिक है; एसडीएस विभाजक का क्षेत्रफल घनत्व है, किग्रा/एम2; केई इलेक्ट्रोलाइट और बैटरी का द्रव्यमान है क्षमता का अनुपात, गुणांक एक सकारात्मक संख्या है। इसके अनुसार, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि x, y और z के किसी एक कारक के बढ़ने से बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा में वृद्धि होगी।

बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व पर ध्रुव टुकड़ा इकाइयों की संख्या, सकारात्मक इलेक्ट्रोड की कोटिंग मात्रा और एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र के प्रभाव के महत्व का अध्ययन करने के लिए, एक विद्युत रासायनिक प्रणाली और डिजाइन नियम (यानी, इलेक्ट्रोड सामग्री और सूत्र, संघनन घनत्व और एन / पी, आदि निर्धारित करने के लिए), और फिर तीन कारकों के प्रत्येक स्तर को ऑर्थोगोनली रूप से जोड़ते हैं, जैसे कि पोल टुकड़ा इकाइयों की संख्या, की मात्रा सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग, और सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एक टुकड़े के एक तरफा क्षेत्र, एक निश्चित समूह द्वारा निर्धारित इलेक्ट्रोड सामग्री की तुलना करने के लिए और रेंज विश्लेषण के आधार पर बैटरी की गणना की गई विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व पर प्रदर्शन किया गया था सूत्र, सघन घनत्व और N/P. ऑर्थोगोनल डिज़ाइन और गणना परिणाम तालिका 1 में दिखाए गए हैं। ऑर्थोगोनल डिज़ाइन परिणामों का विश्लेषण रेंज विधि का उपयोग करके किया गया था, और परिणाम चित्र 1 में दिखाए गए हैं। बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व ध्रुव टुकड़ा इकाइयों की संख्या के साथ मोनोटोनिक रूप से बढ़ जाती है। , सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा, और एकल-टुकड़ा सकारात्मक इलेक्ट्रोड का एकल-पक्षीय क्षेत्र। ध्रुव टुकड़ा इकाइयों की संख्या के तीन कारकों में से, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा, और एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा का विशिष्ट ऊर्जा पर सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है बैटरी; एकल-पक्षीय क्षेत्र के तीन कारकों में, अखंड कैथोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र का बैटरी के ऊर्जा घनत्व पर सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

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यह चित्र 1a से देखा जा सकता है कि बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा पोल पीस इकाइयों की संख्या, कैथोड कोटिंग की मात्रा और सिंगल-पीस कैथोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र के साथ नीरस रूप से बढ़ जाती है, जो की शुद्धता की पुष्टि करता है पिछले भाग में सैद्धांतिक विश्लेषण; बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा को प्रभावित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक सकारात्मक कोटिंग राशि है। यह चित्रा 1 बी से देखा जा सकता है कि बैटरी की ऊर्जा घनत्व ध्रुव टुकड़ा इकाइयों की संख्या, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा, और एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र के साथ मोनोटोनिक रूप से बढ़ जाती है, जो शुद्धता की पुष्टि भी करती है पिछले सैद्धांतिक विश्लेषण के; बैटरी ऊर्जा घनत्व को प्रभावित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक अखंड सकारात्मक इलेक्ट्रोड का एकतरफा क्षेत्र है। उपरोक्त विश्लेषण के अनुसार, बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा में सुधार करने के लिए, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा को यथासंभव बढ़ाने की कुंजी है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग राशि की स्वीकार्य ऊपरी सीमा निर्धारित करने के बाद, ग्राहक की आवश्यकताओं को प्राप्त करने के लिए शेष कारक स्तरों को समायोजित करें; बैटरी के ऊर्जा घनत्व के लिए, मोनोलिथिक पॉजिटिव इलेक्ट्रोड के एकतरफा क्षेत्र को जितना संभव हो उतना बढ़ाने की कुंजी है। अखंड सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र की स्वीकार्य ऊपरी सीमा निर्धारित करने के बाद, ग्राहक की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए शेष कारक स्तरों को समायोजित करें।

इसके अनुसार, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा और ऊर्जा घनत्व ध्रुव टुकड़ा इकाइयों की संख्या, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा और एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र के साथ मोनोटोनिक रूप से बढ़ती है। पोल टुकड़ा इकाइयों की संख्या के तीन कारकों में से, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा, और एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र, बैटरी की विशिष्ट ऊर्जा पर सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंग की मात्रा का प्रभाव है सबसे शानदार; एकल-पक्षीय क्षेत्र के तीन कारकों में, अखंड कैथोड के एकल-पक्षीय क्षेत्र का बैटरी के ऊर्जा घनत्व पर सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

फिर, साहित्य के अनुसार [2], यह चर्चा की जाती है कि बैटरी की गुणवत्ता को कैसे कम किया जाए जब केवल बैटरी की क्षमता की आवश्यकता होती है, और निर्धारित सामग्री प्रणाली और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के तहत बैटरी के आकार और अन्य प्रदर्शन संकेतकों की आवश्यकता नहीं होती है। स्तर। सकारात्मक प्लेटों की संख्या के साथ बैटरी की गुणवत्ता की गणना और सकारात्मक प्लेटों के पहलू अनुपात को स्वतंत्र चर के रूप में सूत्र (5) में दिखाया गया है।

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सूत्र (5) में, M(x, y) बैटरी का कुल द्रव्यमान है; x बैटरी में धनात्मक प्लेटों की संख्या है; y धनात्मक प्लेटों का पक्षानुपात है (इसका मान लंबाई से विभाजित चौड़ाई के बराबर है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 गुणांक हैं, और उनके मान बैटरी क्षमता, सामग्री प्रणाली और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी स्तर से संबंधित 26 मापदंडों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, तालिका 2 देखें। तालिका 2 में पैरामीटर निर्धारित होने के बाद , प्रत्येक गुणांक तब यह निर्धारित किया जाता है कि 26 मापदंडों और k1, k2, k3, k4, k5, k6, और k7 के बीच संबंध बहुत सरल है, लेकिन व्युत्पत्ति प्रक्रिया बहुत बोझिल है। गणितीय रूप से घोषणा (5) प्राप्त करके, सकारात्मक प्लेटों की संख्या और सकारात्मक प्लेटों के पहलू अनुपात को समायोजित करके, मॉडल डिजाइन द्वारा प्राप्त की जा सकने वाली न्यूनतम बैटरी गुणवत्ता प्राप्त की जा सकती है।

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चित्र 2 लैमिनेटेड बैटरी की लंबाई और चौड़ाई का योजनाबद्ध आरेख

तालिका 2 टुकड़े टुकड़े में सेल डिजाइन पैरामीटर

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तालिका 2 में, विशिष्ट मान 50.3Ah की क्षमता वाली बैटरी का वास्तविक पैरामीटर मान है। प्रासंगिक पैरामीटर निर्धारित करते हैं कि k1, k2, k3, k4, k5, k6, और k7 क्रमशः 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 हैं। , x 21 है, y 1.97006 है (सकारात्मक इलेक्ट्रोड की चौड़ाई 329 मिलियन है, और लंबाई 167 मिमी है)। अनुकूलन के बाद, जब सकारात्मक इलेक्ट्रोड की संख्या 51 होती है, तो बैटरी की गुणवत्ता सबसे छोटी होती है।