TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech և այլ թիմեր հիմնականում հասել են 300 Wh/kg հզորությամբ մարտկոցների հետազոտմանը և մշակմանը: Բացի այդ, դեռևս կան մեծ թվով ստորաբաժանումներ, որոնք իրականացնում են համապատասխան մշակման և հետազոտական ​​աշխատանքներ:

Ճկուն փաթեթավորման լիթիում-իոնային մարտկոցների կազմը սովորաբար ներառում է դրական էլեկտրոդներ, բացասական էլեկտրոդներ, բաժանարարներ, էլեկտրոլիտներ և այլ անհրաժեշտ օժանդակ նյութեր, ինչպիսիք են ներդիրները, ժապավենները և ալյումինե պլաստմասսա: Քննարկման կարիքների համաձայն՝ սույն աշխատության հեղինակը փափուկ փաթեթավորմամբ լիթիում-իոնային մարտկոցի նյութերը բաժանում է երկու կատեգորիաների՝ բևեռային միավորի միավորում և էներգիա չներառող նյութ: Բևեռային միավորի միավորը վերաբերում է դրական էլեկտրոդին գումարած բացասական էլեկտրոդին, և բոլոր դրական էլեկտրոդները և բացասական էլեկտրոդը կարող են դիտվել որպես մի քանի բևեռային միավորներից կազմված բևեռային միավորների համակցություն. Ոչ նպաստող էներգիայի նյութերը վերաբերում են բոլոր մյուս նյութերին, բացառությամբ բևեռային միավորների համակցության, ինչպիսիք են դիֆրագմները, էլեկտրոլիտները, բևեռների խրոցակները, ալյումինե պլաստմասսաները, պաշտպանիչ ժապավենները և վերջավորությունները: ժապավեն և այլն: Ընդհանուր LiMO 2 (M = Co, Ni և Ni-Co-Mn և այլն)/ածխածնային համակարգի Li-ion մարտկոցների համար բևեռային միավորների համակցությունը որոշում է մարտկոցի հզորությունը և էներգիան:

Ներկայումս մարտկոցի զանգվածային հատուկ էներգիայի 300Wh/kg նպատակին հասնելու համար հիմնական մեթոդները ներառում են.

(1) Ընտրեք բարձր հզորությամբ նյութական համակարգ, դրական էլեկտրոդը պատրաստված է բարձր նիկելի եռյակից, իսկ բացասական էլեկտրոդը պատրաստված է սիլիցիումի ածխածնից.

(2) Նախագծել բարձր լարման էլեկտրոլիտ՝ լիցքավորման անջատման լարումը բարելավելու համար.

(3) Օպտիմալացնել դրական և բացասական էլեկտրոդների լուծույթի ձևավորումը և ավելացնել ակտիվ նյութի մասնաբաժինը էլեկտրոդում.

(4) Օգտագործեք ավելի բարակ պղնձե փայլաթիթեղ և ալյումինե փայլաթիթեղ՝ ընթացիկ կոլեկտորների համամասնությունը նվազեցնելու համար.

(5) Բարձրացնել դրական և բացասական էլեկտրոդների ծածկույթի քանակը և ավելացնել ակտիվ նյութերի մասնաբաժինը էլեկտրոդներում.

(6) վերահսկել էլեկտրոլիտի քանակը, նվազեցնել էլեկտրոլիտի քանակը և ավելացնել լիթիում-իոնային մարտկոցների հատուկ էներգիան.

(7) Օպտիմալացնել մարտկոցի կառուցվածքը և նվազեցնել ներդիրների և փաթեթավորման նյութերի համամասնությունը մարտկոցում:

Գլանաձև, քառակուսի կոշտ կեղևի և փափուկ փաթեթավորմամբ լամինացված թերթի մարտկոցի երեք ձևերի շարքում փափուկ փաթեթավորմամբ մարտկոցն ունի ճկուն դիզայնի, թեթև քաշի, ցածր ներքին դիմադրության, դյուրին պայթելու, բազմաթիվ ցիկլերի և հատուկ էներգիայի բնութագրերը: մարտկոցի աշխատանքը նույնպես գերազանց է: Հետևաբար, լամինացված փափուկ փաթեթի հզոր լիթիում-իոնային մարտկոցը ներկայումս թեժ հետազոտական ​​թեմա է: Լամինացված փափուկ փաթեթի հզոր լիթիում-իոն մարտկոցի մոդելի նախագծման գործընթացում հիմնական փոփոխականները կարելի է բաժանել հետևյալ վեց ասպեկտների. Առաջին երեքը կարելի է համարել որոշված ​​էլեկտրաքիմիական համակարգի մակարդակով և նախագծման կանոններով, իսկ վերջին երեքը սովորաբար մոդելային դիզայնն են։ հետաքրքրություն ներկայացնող փոփոխականներ.

(1) դրական և բացասական էլեկտրոդների նյութեր և ձևակերպումներ.

(2) դրական և բացասական էլեկտրոդների սեղմման խտությունը.

3) էլեկտրոդի բացասական հզորության (N) և դրական էլեկտրոդի հզորության (P) (N/P) հարաբերակցությունը.

4) բևեռների միավորների քանակը (հավասար է դրական բևեռների քանակին).

(5) Էլեկտրոդի ծածկույթի դրական քանակությունը (N/P որոշման հիման վրա նախ որոշեք էլեկտրոդի ծածկույթի դրական քանակությունը, այնուհետև որոշեք բացասական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակը).

(6) մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքը (որոշվում է դրական էլեկտրոդի երկարությամբ և լայնությամբ, երբ որոշվում են դրական էլեկտրոդի երկարությունը և լայնությունը, որոշվում է նաև բացասական էլեկտրոդի չափը, և բջիջի չափը կարելի է որոշել):

Նախ, ըստ գրականության [1], բևեռային միավորների քանակի, դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի և դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքի ազդեցությունը հատուկ էներգիայի և էներգիայի խտության վրա: մարտկոցը քննարկվում է։ Մարտկոցի հատուկ էներգիան (ES) կարող է արտահայտվել (1) հավասարմամբ:

պատկեր

Բանաձևում (1). x-ը մարտկոցում պարունակվող դրական էլեկտրոդների թիվն է. y-ը դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակն է, կգ/մ2; z-ը մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքն է, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) էներգիան է, որին կարող է նպաստել բևեռային միավորի միավորը, Wh, հաշվարկման բանաձևը ներկայացված է (2) բանաձևում:

պատկեր

Բանաձևում (2). DAV-ը լիցքաթափման միջին լարումն է, V; PC-ն դրական էլեկտրոդի ակտիվ նյութի զանգվածի հարաբերակցությունն է դրական էլեկտրոդի ակտիվ նյութի ընդհանուր զանգվածին գումարած հաղորդիչ նյութի և կապի, %; SCC-ը դրական էլեկտրոդի ակտիվ նյութի հատուկ հզորությունն է, Ah / կգ; m(y, z) բևեռային միավորի զանգվածն է, կգ, և հաշվարկի բանաձևը ներկայացված է (3) բանաձևում:

պատկեր

Բանաձևում (3). KCT-ը մոնոլիտ դրական էլեկտրոդի ընդհանուր տարածքի հարաբերակցությունն է (ծածկույթի տարածքի և ներդիրի փայլաթիթեղի տարածքի գումարը) միաձույլ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքին և 1-ից ավելի; TAl-ը ալյումինե հոսանքի կոլեկտորի հաստությունն է, մ; ρAl-ը ալյումինե հոսանքի կոլեկտորի խտությունն է, կգ/մ3; KA-ն յուրաքանչյուր բացասական էլեկտրոդի ընդհանուր տարածքի հարաբերակցությունն է մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքին և 1-ից մեծ է. TCu-ն պղնձի հոսանքի կոլեկտորի հաստությունն է, մ; ρCu-ն պղնձի հոսանքի կոլեկտորն է: Խտությունը, կգ/մ3; N/P-ը բացասական էլեկտրոդի հզորության և դրական էլեկտրոդի հզորության հարաբերակցությունն է. PA-ն բացասական էլեկտրոդի ակտիվ նյութի զանգվածի հարաբերակցությունն է բացասական էլեկտրոդի ակտիվ նյութի ընդհանուր զանգվածին գումարած հաղորդիչ նյութի և կապի, %; SCA-ն բացասական էլեկտրոդի ակտիվ նյութի հզորության հարաբերակցությունն է, Ah/kg: M(x, y, z) էներգիան չներառող նյութի զանգվածն է, կգ, հաշվարկի բանաձևը ներկայացված է (4) բանաձևում:

պատկեր

Բանաձևում (4). kAP-ը ալյումին-պլաստմասսայե տարածքի հարաբերակցությունն է մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքին և 1-ից մեծ է. SDAP-ը ալյումին-պլաստմասսայի մակերեսային խտությունն է՝ կգ/մ2; mTab-ը դրական և բացասական էլեկտրոդների ընդհանուր զանգվածն է, որից կարելի է տեսնել հաստատուն. mTape-ը ժապավենի ընդհանուր զանգվածն է, որը կարելի է համարել հաստատուն. kS-ը բաժանարարի ընդհանուր տարածքի հարաբերակցությունն է դրական էլեկտրոդի թերթիկի ընդհանուր մակերեսին և 1-ից մեծ է. SDS-ը բաժանարարի մակերեսային խտությունն է՝ կգ/մ2; kE-ն էլեկտրոլիտի և մարտկոցի զանգվածն է Տարողությունների հարաբերակցությունը, գործակիցը դրական թիվ է: Ըստ այդմ, կարելի է եզրակացնել, որ x, y և z-ի ցանկացած մեկ գործակիցի ավելացումը կբարձրացնի մարտկոցի տեսակարար էներգիան։

Բևեռային միավորների քանակի, դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի և մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքի ազդեցության նշանակությունը մարտկոցի հատուկ էներգիայի և էներգիայի խտության վրա, էլեկտրաքիմիական համակարգի և նախագծման կանոնները (այսինքն՝ որոշել էլեկտրոդի նյութը և բանաձևը, խտության խտությունը և N/P և այլն), այնուհետև ուղղահայաց կերպով համատեղել երեք գործոնների յուրաքանչյուր մակարդակ, ինչպիսիք են բևեռային միավորների քանակը, քանակությունը։ դրական էլեկտրոդի ծածկույթը և դրական էլեկտրոդի մեկ կտորի միակողմանի տարածքը, որոշակի խմբի կողմից որոշված ​​էլեկտրոդի նյութը համեմատելու համար, և միջակայքի վերլուծությունը կատարվել է մարտկոցի հաշվարկված հատուկ էներգիայի և էներգիայի խտության հիման վրա: բանաձեւը, սեղմված խտությունը եւ N/P: Ուղղանկյուն նախագծման և հաշվարկի արդյունքները ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում: Ուղղանկյուն նախագծման արդյունքները վերլուծվել են՝ օգտագործելով միջակայքի մեթոդը, և արդյունքները ներկայացված են Նկար 1-ում: Մարտկոցի հատուկ էներգիան և էներգիայի խտությունը միապաղաղ աճում են բևեռային միավորների քանակի հետ: , դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակը և միակողմանի դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքը: Բևեռային միավորների քանակի, դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի և մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքի երեք գործոնների շարքում դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակն ամենակարևոր ազդեցությունն ունի էլեկտրոդի հատուկ էներգիայի վրա: մարտկոց; Միակողմանի տարածքի երեք գործոնների շարքում մոնոլիտ կաթոդի միակողմանի տարածքը ամենաէական ազդեցությունն ունի մարտկոցի էներգիայի խտության վրա:

պատկեր

պատկեր

Նկար 1ա-ից երևում է, որ մարտկոցի հատուկ էներգիան միապաղաղորեն աճում է բևեռային միավորների քանակի, կաթոդի ծածկույթի քանակի և միակողմանի կաթոդի միակողմանի տարածքի հետ, որը հաստատում է ճիշտությունը: տեսական վերլուծություն նախորդ մասում; մարտկոցի հատուկ էներգիայի վրա ազդող ամենակարևոր գործոնը ծածկույթի դրական քանակն է: Նկար 1b-ից երևում է, որ մարտկոցի էներգիայի խտությունը միապաղաղորեն աճում է բևեռային միավորների քանակի, դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի և մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքի հետ, ինչը նույնպես հաստատում է ճիշտությունը: նախորդ տեսական վերլուծություն; մարտկոցի էներգիայի խտության վրա ազդող ամենակարևոր գործոնը մոնոլիտ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքն է: Համաձայն վերը նշված վերլուծության, մարտկոցի հատուկ էներգիան բարելավելու համար կարևոր է հնարավորինս մեծացնել դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակը: Դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի ընդունելի վերին սահմանը որոշելուց հետո կարգավորեք գործոնի մնացած մակարդակները՝ հաճախորդի պահանջներին հասնելու համար. Մարտկոցի էներգիայի խտության համար մոնոլիտ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքը հնարավորինս մեծացնելու բանալին է: Միաձույլ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքի ընդունելի վերին սահմանը որոշելուց հետո կարգավորեք գործոնի մնացած մակարդակները՝ հաճախորդի պահանջներին համապատասխան:

Ըստ այդմ, կարելի է եզրակացնել, որ մարտկոցի հատուկ էներգիան և էներգիայի խտությունը միապաղաղորեն աճում են բևեռային միավորների քանակի, դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի և մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքի հետ: Բևեռային միավորների քանակի, դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի և մեկ դրական էլեկտրոդի միակողմանի տարածքի երեք գործոններից դրական էլեկտրոդի ծածկույթի քանակի ազդեցությունը մարտկոցի հատուկ էներգիայի վրա է. առավել նշանակալից; Միակողմանի տարածքի երեք գործոնների շարքում մոնոլիտ կաթոդի միակողմանի տարածքը ամենաէական ազդեցությունն ունի մարտկոցի էներգիայի խտության վրա:

Այնուհետև, ըստ գրականության [2], քննարկվում է, թե ինչպես կարելի է նվազագույնի հասցնել մարտկոցի որակը, երբ պահանջվում է միայն մարտկոցի հզորությունը, և մարտկոցի չափը և կատարողականի այլ ցուցիչներ չեն պահանջվում որոշված ​​նյութական համակարգի և մշակման տեխնոլոգիայի համաձայն: մակարդակ. Մարտկոցի որակի հաշվարկը դրական թիթեղների քանակով և դրական թիթեղների հարաբերակցությունը որպես անկախ փոփոխական ցույց է տրված բանաձևում (5):

պատկեր

Բանաձևում (5) M(x, y) մարտկոցի ընդհանուր զանգվածն է. x-ը մարտկոցի դրական թիթեղների թիվն է. y-ը դրական թիթեղների հարաբերակցությունն է (դրա արժեքը հավասար է լայնությանը, որը բաժանված է երկարությամբ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 գործակիցներ են, և դրանց արժեքները որոշվում են 26 պարամետրերով, որոնք կապված են մարտկոցի հզորության, նյութական համակարգի և մշակման տեխնոլոգիայի մակարդակի հետ, տես Աղյուսակ 2: Աղյուսակ 2-ի պարամետրերը որոշվելուց հետո: , յուրաքանչյուր գործակից Այնուհետև որոշվում է, որ 26 պարամետրերի և k1, k2, k3, k4, k5, k6 և k7 հարաբերությունները շատ պարզ են, բայց ածանցման գործընթացը շատ դժվար է: Հայտարարությունը (5) մաթեմատիկորեն դուրս բերելով, դրական թիթեղների քանակը և դրական թիթեղների հարաբերակցությունը կարգավորելով, կարելի է ձեռք բերել մարտկոցի նվազագույն որակը, որը կարելի է ձեռք բերել մոդելի դիզայնով:

պատկեր

Նկար 2 Լամինացված մարտկոցի երկարության և լայնության սխեմատիկ դիագրամ

Աղյուսակ 2 Լամինացված բջիջների նախագծման պարամետրերը

պատկեր

Աղյուսակ 2-ում հատուկ արժեքը 50.3Ah հզորությամբ մարտկոցի իրական պարամետրային արժեքն է: Համապատասխան պարամետրերը որոշում են, որ k1, k2, k3, k4, k5, k6 և k7 են համապատասխանաբար 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609: , x-ը՝ 21, y-ը՝ 1.97006 (դրական էլեկտրոդի լայնությունը՝ 329 մլն., իսկ երկարությունը՝ 167 մմ)։ Օպտիմալացումից հետո, երբ դրական էլեկտրոդների թիվը 51 է, մարտկոցի որակը ամենափոքրն է: