TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech ak lòt ekip yo te fondamantalman reyalize rechèch ak devlopman nan 300 Wh / kg pil pouvwa. Anplis de sa, gen toujou yon gwo kantite inite pote soti nan devlopman ki gen rapò ak travay rechèch.

Konpozisyon likid anbalaj ityòm-ion pil anjeneral gen ladan elektwòd pozitif, elektwòd negatif, separateur, elektwolit, ak lòt materyèl oksilyè nesesè, tankou onglè, kasèt, ak plastik aliminyòm. Dapre bezwen yo nan diskisyon an, otè a nan papye sa a divize sibstans ki nan batri ityòm-ion mou-pake an de kategori: konbinezon an nan inite a moso poto ak materyèl la ki pa enèji-kontribye. Inite poto pyès la refere a yon elektwòd pozitif plis yon elektwòd negatif, ak tout elektwòd pozitif yo ak elektwòd negatif la ka konsidere kòm yon konbinezon de inite poto moso ki konpoze de plizyè inite moso poto; sibstans ki pa kontribiye enèji refere a tout lòt sibstans eksepte konbinezon an nan inite poto moso, tankou dyafram, elektwolit, poto lugs, plastik aliminyòm, kasèt pwoteksyon ak revokasyon. kasèt elatriye Pou komen LiMO 2 (M = Co, Ni ak Ni-Co-Mn, elatriye)/kabòn sistèm Li-ion pil, konbinezon an nan inite moso poto detèmine kapasite ak enèji nan batri a.

Kounye a, yo nan lòd yo reyalize objektif la nan 300Wh / kg nan batri mas enèji espesifik, metòd prensipal yo enkli:

(1) Chwazi yon sistèm materyèl ki gen gwo kapasite, elektwòd pozitif la fèt ak ternary nikèl segondè, epi elektwòd negatif la fèt ak kabòn Silisyòm;

(2) Konsepsyon elektwolit wo-vòltaj pou amelyore vòltaj koupe chaj la;

(3) Optimize fòmilasyon sispansyon elektwòd pozitif ak negatif epi ogmante pwopòsyon materyèl aktif nan elektwòd la;

(4) Sèvi ak papye kòb kwiv mete mens ak papye aliminyòm pou diminye pwopòsyon pèseptè aktyèl yo;

(5) Ogmante kantite kouch elektwòd pozitif ak negatif yo, epi ogmante pwopòsyon materyèl aktif nan elektwòd yo;

(6) Kontwole kantite elektwolit, redwi kantite elektwolit ak ogmante enèji espesifik pil ityòm-ion;

(7) Optimize estrikti batri a epi redwi pwopòsyon onglè ak materyèl anbalaj nan batri a.

Pami twa fòm batri yo nan silendrik, kokiy kare difisil ak fèy mou-pake laminated, batri a mou-pake gen karakteristik sa yo nan konsepsyon fleksib, pwa limyè, ba rezistans entèn, pa fasil eksploze, ak anpil sik, ak enèji espesifik la. pèfòmans batri a se eksepsyonèl tou. Se poutèt sa, laminated mou-pake pouvwa ityòm-ion batri a se yon sijè rechèch cho kounye a. Nan pwosesis la konsepsyon modèl nan laminated mou-pake pouvwa ityòm-ion batri, varyab prensipal yo ka divize an sis aspè sa yo. Twa premye yo ka konsidere yo dwe detèmine pa nivo a nan sistèm nan elektwochimik ak règ konsepsyon, ak twa dènye yo anjeneral konsepsyon modèl la. varyab nan enterè yo.

(1) Materyèl elektwòd pozitif ak negatif ak fòmilasyon;

(2) Dansite konpaksyon nan elektwòd pozitif ak negatif;

(3) Rapò kapasite elektwòd negatif (N) ak kapasite elektwòd pozitif (P) (N/P);

(4) Kantite inite poto yo (egal ak kantite moso poto pozitif);

(5) Kantite kouch elektwòd pozitif (sou baz detèminasyon N/P, premye detèmine kantite lajan kouch elektwòd pozitif, ak Lè sa a, detèmine kantite negatif kouch elektwòd);

(6) Zòn yon sèl kote nan yon sèl elektwòd pozitif (detèmine pa longè ak lajè elektwòd pozitif la, lè yo detèmine longè ak lajè elektwòd pozitif la, gwosè elektwòd negatif la detèmine tou, ak ka detèmine gwosè selil la).

Premyèman, dapre literati a [1], enfliyans kantite inite poto moso, kantite kouch elektwòd pozitif ak zòn sèl-bò yon sèl pyès elektwòd pozitif sou enèji espesifik ak dansite enèji nan. batri se diskite. Enèji espesifik (ES) batri a ka eksprime pa ekwasyon (1).

foto

Nan fòmil (1): x se kantite elektwòd pozitif ki genyen nan batri a; y se kantite kouch elektwòd pozitif la, kg/m2; z se zòn nan yon sèl kote nan yon sèl elektwòd pozitif, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) se enèji yon inite poto pyès ka kontribye, Wh, fòmil kalkil la montre nan fòmil (2).

foto

Nan fòmil (2): DAV se vòltaj egzeyat mwayèn, V; PC se rapò mas materyèl aktif elektwòd pozitif ak mas total materyèl aktif elektwòd pozitif plis ajan konduktif ak lyan, %; SCC se kapasite espesifik nan materyèl aktif elektwòd pozitif, Ah / kg; m(y, z) se mas yon inite moso poto, kg, epi fòmil kalkil la montre nan fòmil (3).

foto

Nan fòmil (3): KCT se rapò nan zòn total elektwòd pozitif monolitik la (som nan zòn nan kouch ak zòn papye tab la) ak zòn nan yon sèl kote nan elektwòd pozitif monolitik la, epi li se pi gran pase 1; TAl se epesè pèseptè aktyèl la aliminyòm, m; ρAl se dansite pèseptè aktyèl aliminyòm, kg/m3; KA se rapò a nan zòn total chak elektwòd negatif ak zòn nan yon sèl kote nan yon sèl elektwòd pozitif, epi li pi gran pase 1; TCu se epesè pèseptè aktyèl kwiv la, m; ρCu se pèseptè aktyèl kwiv la. Dansite, kg/m3; N/P se rapò kapasite elektwòd negatif ak kapasite elektwòd pozitif; PA se rapò a nan mas materyèl aktif elektwòd negatif ak mas total de materyèl aktif elektwòd negatif plis ajan konduktif ak lyan, %; SCA se rapò negatif lektwòd materyèl aktif Kapasite, Ah/kg. M(x, y, z) se mas sibstans ki pa kontribye nan enèji a, kg, fòmil kalkil la montre nan fòmil (4)

foto

Nan fòmil (4): kAP se rapò nan zòn aliminyòm-plastik ak zòn nan yon sèl kote nan sèl elektwòd pozitif la, epi li pi gran pase 1; SDAP se dansite zòn nan aliminyòm-plastik, kg / m2; mTab ​​se mas total elektwòd pozitif ak negatif yo, ki ka wè nan se yon konstan; mTape se mas total kasèt la, ki ka konsidere kòm yon konstan; kS se rapò total zòn separasyon an ak zòn total fèy elektwòd pozitif la, epi li pi gran pase 1; SDS se dansite zòn nan separasyon an, kg / m2; kE se mas elektwolit la ak batri a Rapò kapasite a, koyefisyan an se yon nimewo pozitif. Dapre sa a, li ka konkli ke ogmantasyon nan nenpòt faktè sèl nan x, y ak z ap ogmante enèji espesifik batri a.

Yo nan lòd yo etidye siyifikasyon an nan enfliyans nan kantite inite poto moso, kantite lajan an kouch nan elektwòd pozitif la ak zòn nan yon sèl-side nan sèl elektwòd pozitif la sou enèji espesifik ak dansite enèji nan batri a, yon elektwochimik. sistèm ak règ konsepsyon (ki se, detèmine materyèl la elektwòd ak fòmil, dansite konpaksyon ak N/P, elatriye), ak Lè sa a, orthogonalman konbine chak nivo nan twa faktè yo, tankou kantite inite poto moso, kantite lajan an nan kouch elektwòd pozitif, ak zòn nan yon sèl kote nan yon sèl moso nan elektwòd pozitif, yo konpare materyèl la elektwòd detèmine pa yon gwoup sèten ak analiz la Range te fèt sou enèji espesifik kalkile ak dansite enèji nan batri a ki baze sou la. fòmil, dansite konpakte ak N/P. Konsepsyon ortogonal ak rezilta kalkil yo montre nan tablo 1. Rezilta konsepsyon ortogonal yo te analize lè l sèvi avèk metòd ranje a, ak rezilta yo montre nan Figi 1. Enèji espesifik ak dansite enèji nan batri a ogmante monotone ak kantite inite poto moso. , kantite kouch elektwòd pozitif, ak zòn nan yon sèl kote nan yon sèl-moso elektwòd pozitif. Pami twa faktè ki kantite inite poto moso, kantite kouch elektwòd pozitif, ak zòn nan yon sèl kote nan yon sèl elektwòd pozitif, kantite kouch elektwòd pozitif gen enpak ki pi enpòtan sou enèji espesifik nan. batri; Pami twa faktè nan zòn nan yon sèl-sided, zòn nan yon sèl-side nan katod monolitik la gen enpak ki pi enpòtan sou dansite enèji nan batri a.

foto

foto

Li ka wè nan Figi 1a ke enèji espesifik batri a ogmante monotone ak kantite inite poto moso, kantite kouch katod, ak zòn nan yon sèl-side nan katod nan yon sèl pyès, ki verifye kòrèkteman nan. analiz teyorik la nan pati anvan an; faktè ki pi enpòtan ki afekte enèji espesifik batri a se kantite lajan kouch pozitif. Li ka wè nan Figi 1b ke dansite enèji nan batri a ogmante monotone ak kantite inite poto moso, kantite lajan an nan kouch elektwòd pozitif, ak zòn nan yon sèl kote nan yon sèl elektwòd pozitif, ki tou verifye kòrèkteman an. nan analiz teyorik anvan an; faktè ki pi enpòtan ki afekte dansite enèji batri a se zòn nan yon sèl kote nan elektwòd pozitif monolitik la. Dapre analiz ki anwo a, yo nan lòd yo amelyore enèji espesifik batri a, li se kle nan ogmante kantite lajan an kouch elektwòd pozitif otank posib. Apre yo fin detèmine limit ki akseptab anwo nan kantite lajan an kouch elektwòd pozitif, ajiste nivo faktè ki rete yo pou reyalize kondisyon kliyan an; Pou dansite enèji nan batri a, li se kle nan ogmante zòn nan yon sèl kote nan elektwòd pozitif monolitik la otank posib. Apre yo fin detèmine limit siperyè ki akseptab nan zòn sèl-bò nan elektwòd pozitif monolitik la, ajiste nivo faktè ki rete yo pou satisfè kondisyon kliyan an.

Dapre sa a, li ka konkli ke enèji espesifik ak dansite enèji nan batri a monotone ogmante ak kantite inite poto moso, kantite kouch elektwòd pozitif, ak zòn nan yon sèl-sided nan yon sèl elektwòd pozitif. Pami twa faktè ki kantite inite poto moso, kantite kouch elektwòd pozitif, ak zòn yon sèl kote yon sèl elektwòd pozitif, enpak kantite kouch elektwòd pozitif sou enèji espesifik batri a se. pi enpòtan an; Pami twa faktè nan zòn nan yon sèl-sided, zòn nan yon sèl-side nan katod monolitik la gen enpak ki pi enpòtan sou dansite enèji nan batri a.

Lè sa a, dapre literati a [2], li diskite sou fason pou misyon pou minimize bon jan kalite a nan batri a lè sèlman kapasite batri a obligatwa, ak gwosè batri a ak lòt endikatè pèfòmans yo pa obligatwa anba sistèm nan materyèl detèmine ak teknoloji pwosesis. nivo. Kalkil bon jan kalite batri a ak kantite plak pozitif ak rapò aspè plak pozitif kòm varyab endepandan yo montre nan fòmil (5).

foto

Nan fòmil (5), M(x, y) se mas total batri a; x se kantite plak pozitif nan batri a; y se rapò aspè plak pozitif yo (valè li egal a lajè divize pa longè a, jan yo montre nan Figi 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 se koyefisyan, ak valè yo detèmine pa 26 paramèt ki gen rapò ak kapasite batri, sistèm materyèl ak nivo teknoloji pwosesis, gade Tablo 2. Apre yo fin detèmine paramèt yo nan Tablo 2. , chak koyefisyan Lè sa a, detèmine ke relasyon ki genyen ant 26 paramèt yo ak k1, k2, k3, k4, k5, k6, ak k7 se trè senp, men pwosesis la derivasyon trè ankonbran. Pa matematikman derive anons la (5), pa ajiste kantite plak pozitif ak rapò aspè nan plak pozitif, yo ka jwenn bon jan kalite a batri minimòm ki ka reyalize pa konsepsyon modèl la.

foto

Figi 2 Dyagram chematik longè ak lajè batri laminated la

Tablo 2 Paramèt konsepsyon selil laminated

foto

Nan Tablo 2, valè espesifik la se valè aktyèl paramèt batri a ak yon kapasite de 50.3Ah. Paramèt ki enpòtan yo detèmine ke k1, k2, k3, k4, k5, k6, ak k7 se 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 respektivman. , x se 21, y se 1.97006 (lajè elektwòd pozitif la se 329 mln, ak longè a se 167 mm). Apre optimize, lè kantite elektwòd pozitif se 51, bon jan kalite batri a se pi piti a.