TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech i drugi timovi u osnovi su postigli istraživanje i razvoj baterija snage 300 Wh/kg. Osim toga, još uvijek postoji veliki broj jedinica koje se bave razvojnim i istraživačkim radom.

Sastav fleksibilnog pakiranja litij-ionskih baterija obično uključuje pozitivne elektrode, negativne elektrode, separatore, elektrolite i druge potrebne pomoćne materijale, kao što su jezičci, trake i aluminijske plastike. Prema potrebama rasprave, autor ovog rada dijeli tvari u mekom pakiranju litij-ionske baterije u dvije kategorije: kombinaciju stupne jedinice i materijala koji ne doprinosi energiji. Jedinica polnog dijela odnosi se na pozitivnu elektrodu plus negativnu elektrodu, a sve pozitivne elektrode i Negativna elektroda se može smatrati kombinacijom polnih jedinica sastavljenih od nekoliko polnih jedinica; tvari koje ne doprinose energiji odnose se na sve druge tvari osim na kombinaciju polnih jedinica, kao što su dijafragme, elektroliti, poluge za stupove, aluminijska plastika, zaštitne trake i završeci. traka itd. Za uobičajene LiMO 2 (M = Co, Ni i Ni-Co-Mn, itd.)/ugljični sustav Li-ion baterije, kombinacija polnih jedinica određuje kapacitet i energiju baterije.

Trenutno, kako bi se postigao cilj od 300Wh/kg specifične energije mase baterije, glavne metode uključuju:

(1) Odaberite sustav materijala visokog kapaciteta, pozitivna elektroda je izrađena od trostrukog nikla, a negativna elektroda je izrađena od silicij-ugljika;

(2) Dizajnirajte visokonaponski elektrolit za poboljšanje napona prekida punjenja;

(3) Optimizirati formulaciju kaše pozitivne i negativne elektrode i povećati udio aktivnog materijala u elektrodi;

(4) Koristite tanju bakrenu foliju i aluminijsku foliju kako biste smanjili udio strujnih kolektora;

(5) Povećati količinu premaza pozitivnih i negativnih elektroda i povećati udio aktivnih materijala u elektrodama;

(6) Kontrolirajte količinu elektrolita, smanjite količinu elektrolita i povećajte specifičnu energiju litij-ionskih baterija;

(7) Optimizirajte strukturu baterije i smanjite udio pločica i materijala za pakiranje u bateriji.

Među tri oblika baterija od cilindričnog, četvrtastog tvrdog omotača i mekog laminiranog lima, baterija s mekim pakiranjem ima karakteristike fleksibilnog dizajna, male težine, niskog unutarnjeg otpora, nije lako eksplodirati i mnogo ciklusa i specifične energije performanse baterije su također izvanredne. Stoga je laminirana mekana litij-ionska baterija trenutno vruća tema istraživanja. U procesu dizajna modela laminirane mekane litij-ionske baterije, glavne varijable mogu se podijeliti u sljedećih šest aspekata. Smatra se da su prva tri određena razinom elektrokemijskog sustava i pravilima projektiranja, a posljednja tri su obično dizajn modela. varijable od interesa.

(1) Materijali i formulacije pozitivnih i negativnih elektroda;

(2) Gustoća zbijanja pozitivnih i negativnih elektroda;

(3) Omjer kapaciteta negativne elektrode (N) i kapaciteta pozitivne elektrode (P) (N/P);

(4) broj jedinica stupa (jednako broju pozitivnih polnih spojeva);

(5) Količina presvlake pozitivne elektrode (na temelju određivanja N/P, prvo odredite količinu presvlake pozitivne elektrode, a zatim odredite količinu presvlake negativne elektrode);

(6) jednostrana površina jedne pozitivne elektrode (određena je duljinom i širinom pozitivne elektrode, kada se određuju duljina i širina pozitivne elektrode, određuje se i veličina negativne elektrode, i može se odrediti veličina stanice).

Prvo, prema literaturi [1], utjecaj broja polnih jedinica, količine prevlake pozitivne elektrode i jednostrane površine jednog dijela pozitivne elektrode na specifičnu energiju i gustoću energije raspravlja se o bateriji. Specifična energija (ES) baterije može se izraziti jednadžbom (1).

slika

U formuli (1): x je broj pozitivnih elektroda sadržanih u bateriji; y količina prevlake pozitivne elektrode, kg/m2; z je jednostrana površina jedne pozitivne elektrode, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) je energija kojoj jedinica stupa može doprinijeti, Wh, formula za izračun prikazana je u formuli (2).

slika

U formuli (2): DAV je prosječni napon pražnjenja, V; PC je omjer mase aktivnog materijala pozitivne elektrode i ukupne mase aktivnog materijala pozitivne elektrode plus vodljivog sredstva i veziva, %; SCC je specifični kapacitet aktivnog materijala pozitivne elektrode, Ah / kg; m(y, z) je masa jedinice stupa, kg, a formula za izračun prikazana je u formuli (3).

slika

U formuli (3): KCT je omjer ukupne površine monolitne pozitivne elektrode (zbroj površine prevlake i površine jezične folije) i jednostrane površine monolitne pozitivne elektrode, i iznosi veći od 1; TAL je debljina aluminijskog strujnog kolektora, m; ρAl je gustoća aluminijskog strujnog kolektora, kg/m3; KA je omjer ukupne površine svake negativne elektrode i jednostrane površine jedne pozitivne elektrode i veći je od 1; TCu je debljina bakrenog strujnog kolektora, m; ρCu je bakreni kolektor struje. Gustoća, kg/m3; N/P je omjer kapaciteta negativne elektrode i kapaciteta pozitivne elektrode; PA je omjer mase aktivnog materijala negativne elektrode i ukupne mase aktivnog materijala negativne elektrode plus vodljivog sredstva i veziva, %; SCA je omjer aktivnog materijala negativne elektrode Kapacitet, Ah/kg. M(x, y, z) je masa tvari koja ne doprinosi energiji, kg, formula za izračun je prikazana u formuli (4)

slika

U formuli (4): kAP je omjer aluminijsko-plastične površine i jednostrane površine jedne pozitivne elektrode i veći je od 1; SDAP je površinska gustoća aluminij-plastike, kg/m2; mTab je ukupna masa pozitivne i negativne elektrode, što se može vidjeti iz je konstanta; mTape je ukupna masa trake, koja se može smatrati konstantom; kS je omjer ukupne površine separatora prema ukupnoj površini lista pozitivne elektrode i veći je od 1; SDS je površinska gustoća separatora, kg/m2; kE je masa elektrolita i baterije Omjer kapaciteta, koeficijent je pozitivan broj. Prema tome, može se zaključiti da će povećanje bilo kojeg pojedinačnog faktora x, y i z povećati specifičnu energiju baterije.

Kako bi se proučio značaj utjecaja broja polnih dijelova, količine premaza pozitivne elektrode i jednostrane površine jedne pozitivne elektrode na specifičnu energiju i gustoću energije baterije, elektrokemijski sustav i pravila dizajna (odnosno, za određivanje materijala i formule elektrode, gustoće zbijanja i N/P, itd.), a zatim ortogonalno kombinirati svaku razinu od tri čimbenika, kao što je broj jedinica stupnih dijelova, količina presvlaka pozitivne elektrode, te jednostrano područje jednog komada pozitivne elektrode, za usporedbu materijala elektrode određenog određenom grupom, a izvršena je analiza raspona izračunate specifične energije i gustoće energije baterije na temelju formula, zbijena gustoća i N/P. Rezultati ortogonalnog dizajna i proračuna prikazani su u tablici 1. Rezultati ortogonalnog dizajna analizirani su metodom raspona, a rezultati su prikazani na slici 1. Specifična energija i gustoća energije baterije monotono rastu s brojem polnih jedinica. , količina prevlake pozitivne elektrode i jednostrana površina jednodijelne pozitivne elektrode. Među tri čimbenika broja polnih dijelova, količine prevlake pozitivne elektrode i jednostrane površine jedne pozitivne elektrode, količina prevlake pozitivne elektrode ima najznačajniji utjecaj na specifičnu energiju elektrode. baterija; Među tri čimbenika jednostrane površine, jednostrana površina monolitne katode ima najznačajniji utjecaj na gustoću energije baterije.

slika

slika

Sa slike 1a se može vidjeti da specifična energija baterije monotono raste s brojem polnih jedinica, količinom katodnog premaza i jednostranom površinom jednodijelne katode, čime se potvrđuje ispravnost teorijska analiza u prethodnom dijelu; Najznačajniji faktor koji utječe na specifičnu energiju baterije je pozitivna količina premaza. Na slici 1b se može vidjeti da se gustoća energije baterije monotono povećava s brojem polnih dijelova, količinom prevlake pozitivne elektrode i jednostranom površinom jedne pozitivne elektrode, što također potvrđuje ispravnost prethodne teorijske analize; Najznačajniji čimbenik koji utječe na gustoću energije baterije je jednostrana površina monolitne pozitivne elektrode. Prema gornjoj analizi, kako bi se poboljšala specifična energija baterije, ključno je povećati količinu premaza pozitivne elektrode što je više moguće. Nakon određivanja prihvatljive gornje granice količine sloja pozitivne elektrode, prilagodite preostale razine faktora kako biste postigli zahtjeve kupca; Za gustoću energije baterije ključno je povećati jednostranu površinu monolitne pozitivne elektrode što je više moguće. Nakon određivanja prihvatljive gornje granice jednostrane površine monolitne pozitivne elektrode, prilagodite preostale razine faktora kako bi zadovoljile zahtjeve kupca.

Prema tome, može se zaključiti da se specifična energija i gustoća energije baterije monotono povećavaju s brojem polnih jedinica, količinom prevlake pozitivne elektrode i jednostranom površinom jedne pozitivne elektrode. Među tri čimbenika broja polnih dijelova, količine prevlake pozitivne elektrode i jednostrane površine jedne pozitivne elektrode, utjecaj količine prevlake pozitivne elektrode na specifičnu energiju baterije je najznačajniji; Među tri čimbenika jednostrane površine, jednostrana površina monolitne katode ima najznačajniji utjecaj na gustoću energije baterije.

Zatim se, prema literaturi [2], raspravlja o tome kako minimizirati kvalitetu baterije kada je potreban samo kapacitet baterije, a veličina baterije i drugi pokazatelji performansi nisu potrebni prema utvrđenom materijalnom sustavu i tehnologiji obrade. razini. Proračun kvalitete baterije s brojem pozitivnih ploča i omjerom stranica pozitivnih ploča kao neovisnim varijablama prikazan je u formuli (5).

slika

U formuli (5), M(x, y) je ukupna masa baterije; x je broj pozitivnih ploča u bateriji; y je omjer širine i visine pozitivnih ploča (njegova vrijednost je jednaka širini podijeljenoj s duljinom, kao što je prikazano na slici 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 su koeficijenti, a njihove vrijednosti određuju 26 parametara koji se odnose na kapacitet baterije, materijalni sustav i razinu tehnologije obrade, vidi tablicu 2. Nakon što se utvrde parametri u tablici 2. , svaki koeficijent Zatim se utvrđuje da je odnos između 26 parametara i k1, k2, k3, k4, k5, k6 i k7 vrlo jednostavan, ali je proces izvođenja vrlo težak. Matematičkim izvođenjem najave (5), podešavanjem broja pozitivnih ploča i omjera pozitivnih ploča, može se postići minimalna kvaliteta baterije koja se može postići dizajnom modela.

slika

Slika 2 Shematski dijagram duljine i širine laminirane baterije

Tablica 2. Projektni parametri laminiranih ćelija

slika

U tablici 2, specifična vrijednost je stvarna vrijednost parametra baterije kapaciteta 50.3 Ah. Relevantni parametri određuju da su k1, k2, k3, k4, k5, k6 i k7 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 redom. , x je 21, y je 1.97006 (širina pozitivne elektrode je 329 milijuna, a duljina je 167 mm). Nakon optimizacije, kada je broj pozitivne elektrode 51, kvaliteta baterije je najmanja.