A TianJinlishen, a Guoxuan Hi-Tech és más csapatok alapvetően 300 Wh/kg teljesítményű akkumulátorok kutatását és fejlesztését érték el. Emellett továbbra is nagy számban végeznek ehhez kapcsolódó fejlesztési és kutatási munkát.

A rugalmas csomagolású lítium-ion akkumulátorok összetétele általában pozitív elektródákat, negatív elektródákat, elválasztókat, elektrolitokat és egyéb szükséges segédanyagokat, például füleket, szalagokat és alumínium műanyagokat tartalmaz. A megbeszélés igényei szerint a dolgozat szerzője a soft-pack lítium-ion akkumulátorban található anyagokat két kategóriába sorolja: a pólusdarab egység és az energiát nem adó anyag kombinációjára. A pólusdarab egység egy pozitív elektródára és egy negatív elektródára vonatkozik, és az összes pozitív elektróda és a negatív elektróda több pólusdarab egységből álló pólusdarab egységek kombinációjának tekinthető; a nem járulékos energiaanyagok az összes többi anyagra vonatkoznak, kivéve a póluselemek kombinációját, mint például a membránok, elektrolitok, pólussaruk, alumínium műanyagok, védőszalagok és végződések. szalag stb. A közös LiMO 2 (M = Co, Ni és Ni-Co-Mn, stb.)/karbon rendszerű Li-ion akkumulátorok esetében a pólusegységek kombinációja határozza meg az akkumulátor kapacitását és energiáját.

Jelenleg a 300Wh/kg akkumulátortömeg-fajlagos energia cél elérése érdekében a főbb módszerek a következők:

(1) Válasszon egy nagy kapacitású anyagrendszert, a pozitív elektróda magas nikkeltartalmú hármasból, a negatív elektróda pedig szilícium-szénből készül;

(2) Tervezze meg a nagyfeszültségű elektrolitot a töltés-lekapcsolási feszültség javítása érdekében;

(3) Optimalizálja a pozitív és negatív elektróda szuszpenzióját, és növelje az aktív anyag arányát az elektródában;

(4) Az áramgyűjtők arányának csökkentése érdekében használjon vékonyabb rézfóliát és alumíniumfóliát;

(5) Növelje a pozitív és negatív elektródák bevonatának mennyiségét, és növelje az elektródákban lévő aktív anyagok arányát;

(6) Az elektrolit mennyiségének szabályozása, az elektrolit mennyiségének csökkentése és a lítium-ion akkumulátorok fajlagos energiájának növelése;

(7) Optimalizálja az akkumulátor szerkezetét, és csökkentse a fülek és csomagolóanyagok arányát az akkumulátorban.

A három hengeres, négyzet alakú kemény héjú és puha rétegű laminált lapból álló akkumulátortípus közül a soft-pack akkumulátor rugalmas kialakítású, könnyű súlyú, alacsony belső ellenállású, nem könnyen robbanható, sok ciklussal és fajlagos energiával rendelkezik. az akkumulátor teljesítménye is kiemelkedő. Ezért a laminált soft-pack teljesítményű lítium-ion akkumulátor jelenleg forró kutatási téma. A laminált soft-pack teljesítményű lítium-ion akkumulátor modelltervezési folyamatában a fő változók a következő hat szempontra oszthatók. Az első három az elektrokémiai rendszer szintje és a tervezési szabályok által meghatározottnak tekinthető, az utóbbi három pedig általában a modelltervezés. érdekes változók.

(1) Pozitív és negatív elektróda anyagok és készítmények;

(2) A pozitív és negatív elektródák tömörítési sűrűsége;

(3) A negatív elektródkapacitás (N) és a pozitív elektródkapacitás (P) aránya (N/P);

(4) A pólusdarabok száma (egyenlő a pozitív pólusdarabok számával);

(5) Pozitív elektróda bevonat mennyisége (az N/P meghatározás alapján először határozza meg a pozitív elektród bevonat mennyiségét, majd határozza meg a negatív elektród bevonat mennyiségét);

(6) Egyetlen pozitív elektróda egyoldali területe (a pozitív elektróda hossza és szélessége határozza meg, a pozitív elektróda hosszának és szélességének meghatározásakor a negatív elektróda mérete is meghatározásra kerül, és meghatározható a sejt mérete).

Először is, a szakirodalom [1] szerint a pólusdarabok számának, a pozitív elektróda bevonatának mennyiségének és egyetlen pozitív elektródadarab egyoldali területének befolyása a pólusdarabok fajlagos energiájára és energiasűrűségére. akkumulátorról van szó. Az akkumulátor fajlagos energiája (ES) az (1) egyenlettel fejezhető ki.

kép

Az (1) képletben: x az akkumulátorban található pozitív elektródák száma; y a pozitív elektróda bevonatának mennyisége, kg/m2; z egyetlen pozitív elektróda egyoldali területe, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) az az energia, amelyet egy pólusdarab egység hozzájárulhat, Wh, a számítási képlet a (2) képletben látható.

kép

A (2) képletben: DAV az átlagos kisülési feszültség, V; PC a pozitív elektród aktív anyaga tömegének aránya a pozitív elektród aktív anyaga, valamint a vezetőanyag és a kötőanyag teljes tömegéhez viszonyítva, %; SCC a pozitív elektróda aktív anyagának fajlagos kapacitása, Ah / kg; m(y, z) egy pólusdarab egység tömege, kg, és a számítási képlet a (3) képletben látható.

kép

A (3) képletben: KCT a monolitikus pozitív elektróda teljes területének (a bevonatfelület és a fülfólia területének összege) és a monolitikus pozitív elektróda egyoldali területének aránya, és nagyobb, mint 1; TAL az alumínium áramkollektor vastagsága, m; ρAl az alumínium áramkollektor sűrűsége, kg/m3; KA az egyes negatív elektródák teljes területének és egyetlen pozitív elektróda egyoldali területének aránya, és nagyobb, mint 1; TCu a réz áramkollektor vastagsága, m; ρCu a réz áramkollektor. Sűrűség, kg/m3; N/P a negatív elektródkapacitás és a pozitív elektródkapacitás aránya; PA a negatív elektród aktív anyagának tömegéhez viszonyított aránya a negatív elektród aktív anyagának, valamint a vezetőanyag és a kötőanyag teljes tömegéhez, %; Az SCA a negatív elektród aktív anyagának aránya Kapacitás, Ah/kg. M(x, y, z) az energiát nem adó anyag tömege, kg, a számítási képlet a (4) képletben látható.

kép

A (4) képletben: kAP az alumínium-műanyag terület és az egyetlen pozitív elektróda egyoldali területének aránya, és nagyobb, mint 1; SDAP az alumínium-műanyag felületi sűrűsége, kg/m2; mTab a pozitív és negatív elektródák össztömege, amely egy állandóból látható; mTape a szalag teljes tömege, amely állandónak tekinthető; kS az elválasztó teljes területének és a pozitív elektródalap teljes területének aránya, és nagyobb, mint 1; SDS a szeparátor területi sűrűsége, kg/m2; kE az elektrolit és az akkumulátor tömege A kapacitás, az együttható aránya pozitív szám. Eszerint az a következtetés vonható le, hogy az x, y és z egyetlen tényezőjének növelése növeli az akkumulátor fajlagos energiáját.

Annak vizsgálatára, hogy a pólusdarabok száma, a pozitív elektróda bevonat mennyisége és az egyetlen pozitív elektróda egyoldali területe milyen jelentőséggel bír az akkumulátor fajlagos energiájára és energiasűrűségére, egy elektrokémiai vizsgálatot végeztünk. rendszer- és tervezési szabályokat (azaz az elektróda anyagának és képletének, a tömörítési sűrűségnek és az N/P-nek, stb. meghatározásához), majd ortogonálisan kombinálja a három tényező egyes szintjeit, például a pólusdarab egységek számát, az elektródák mennyiségét. pozitív elektróda bevonat, és egyetlen darab pozitív elektróda egyoldali területe, hogy összehasonlíthassuk egy bizonyos csoport által meghatározott elektróda anyagát, és a Tartományelemzést az akkumulátor számított fajlagos energiájára és energiasűrűségére vonatkozóan végeztük el a képlet, tömörített sűrűség és N/P. Az ortogonális tervezési és számítási eredményeket az 1. táblázat mutatja. Az ortogonális tervezési eredményeket a tartomány módszerrel elemeztük, az eredményeket az 1. ábra mutatja. Az akkumulátor fajlagos energiája és energiasűrűsége monoton módon növekszik a pólusdarabok számával , a pozitív elektróda bevonatának mennyisége és az egyrészes pozitív elektróda egyoldali területe. A pólusdarab egységek számának, a pozitív elektróda bevonatának mennyiségének és az egyetlen pozitív elektróda egyoldali területének három tényezője közül a pozitív elektródabevonat mennyisége befolyásolja a legjelentősebb mértékben a pólus fajlagos energiáját. akkumulátor; Az egyoldali terület három tényezője közül a monolit katód egyoldali területe van a legjelentősebb hatással az akkumulátor energiasűrűségére.

kép

kép

Az 1a ábrán látható, hogy az akkumulátor fajlagos energiája monoton módon növekszik a pólusdarabok számával, a katódbevonat mennyiségével és az egyrészes katód egyoldali területével, ami igazolja a pólusdarabok helyességét. az elméleti elemzés az előző részben; Az akkumulátor fajlagos energiáját befolyásoló legjelentősebb tényező a pozitív bevonat mennyisége. Az 1b ábrán látható, hogy az akkumulátor energiasűrűsége monoton növekszik a pólusdarabok számával, a pozitív elektróda bevonatának mennyiségével és az egyetlen pozitív elektróda egyoldali területével, ami szintén igazolja a helyességet. az előző elméleti elemzésről; Az akkumulátor energiasűrűségét befolyásoló legjelentősebb tényező a monolitikus pozitív elektróda egyoldali területe. A fenti elemzés szerint az akkumulátor fajlagos energiájának javítása érdekében kulcsfontosságú a pozitív elektróda bevonat mennyiségének a lehető legnagyobb mértékű növelése. A pozitív elektróda bevonat mennyiségének elfogadható felső határának meghatározása után állítsa be a fennmaradó tényezőszinteket az ügyfél igényeinek megfelelően; Az akkumulátor energiasűrűsége szempontjából kulcsfontosságú, hogy a monolitikus pozitív elektróda egyoldali területét a lehető legnagyobb mértékben növeljük. Miután meghatározta a monolit pozitív elektróda egyoldali területének elfogadható felső határát, állítsa be a fennmaradó tényezőszinteket az ügyfél igényeinek megfelelően.

Ebből arra lehet következtetni, hogy az akkumulátor fajlagos energiája és energiasűrűsége monoton módon növekszik a pólusdarabok számával, a pozitív elektróda bevonatának mennyiségével és az egyetlen pozitív elektróda egyoldali területével. A pólusdarabok számának, a pozitív elektróda bevonatának mennyiségének és az egyetlen pozitív elektróda egyoldali területének három tényezője közül a pozitív elektródabevonat mennyiségének hatása az akkumulátor fajlagos energiájára a legjelentősebb; Az egyoldali terület három tényezője közül a monolit katód egyoldali területe van a legjelentősebb hatással az akkumulátor energiasűrűségére.

Majd a szakirodalom szerint [2] megvitatják, hogyan lehet minimalizálni az akkumulátor minőségét, amikor csak az akkumulátor kapacitására van szükség, és az akkumulátor méretére és egyéb teljesítménymutatókra nincs szükség a meghatározott anyagrendszer és feldolgozási technológia mellett. szint. Az akkumulátor minőségének kiszámítása a pozitív lemezek számával és a pozitív lemezek oldalarányával, mint független változókkal az (5) képletben látható.

kép

Az (5) képletben M(x, y) az akkumulátor teljes tömege; x az akkumulátor pozitív lapjainak száma; y a pozitív lemezek oldalaránya (értéke egyenlő a szélesség és a hossz osztva, a 2. ábrán látható módon); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 együtthatók, értéküket 26, az akkumulátor kapacitásával, az anyagrendszerrel és a feldolgozási technológiai szinttel kapcsolatos paraméter határozza meg, lásd a 2. táblázatot. A 2. táblázat paramétereinek meghatározása után , minden együttható Ezt követően megállapítható, hogy a 26 paraméter és a k1, k2, k3, k4, k5, k6 és k7 közötti kapcsolat nagyon egyszerű, de a származtatási folyamat nagyon körülményes. A bejelentés (5) matematikai levezetésével, a pozitív lemezek számának és a pozitív lemezek oldalarányának beállításával a modellterv által elérhető minimális akkumulátorminőség érhető el.

kép

2. ábra A laminált akkumulátor hosszának és szélességének sematikus diagramja

2. táblázat Laminált cellák tervezési paraméterei

kép

A 2. táblázatban a fajlagos érték az 50.3Ah kapacitású akkumulátor aktuális paraméterértéke. A vonatkozó paraméterek határozzák meg, hogy k1, k2, k3, k4, k5, k6 és k7 rendre 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609. , x értéke 21, y értéke 1.97006 (a pozitív elektróda szélessége 329 millió, hossza 167 mm). Az optimalizálás után, amikor a pozitív elektródák száma 51, az akkumulátor minősége a legkisebb.