TianJinlishen、Guoxuan Hi-Tech、およびその他のチームは、基本的に300 Wh/kgのパワーバッテリーの研究開発を達成しました。 また、関連する開発・研究を行っているユニットはまだまだたくさんあります。

フレキシブルパッケージのリチウムイオン電池の構成には、通常、正極、負極、セパレーター、電解質、およびタブ、テープ、アルミニウムプラスチックなどの他の必要な補助材料が含まれます。 議論の必要性に応じて、この論文の著者は、ソフトパックリチウムイオン電池の物質を、ポールピースユニットと非エネルギー寄与材料の組み合わせの2つのカテゴリに分類します。 ポールピースユニットとは、正極と負極を指し、すべての正極と負極は、複数のポールピースユニットで構成されるポールピースユニットの組み合わせと見なすことができます。 非寄与エネルギー物質とは、ダイアフラム、電解質、ポールラグ、アルミニウムプラスチック、保護テープ、終端などのポールピースユニットの組み合わせを除く他のすべての物質を指します。 テープなど。一般的なLiMOXNUMX（M = Co、Ni、Ni-Co-Mnなど）/カーボンシステムのリチウムイオン電池の場合、ポールピースユニットの組み合わせによって電池の容量とエネルギーが決まります。

現在、300Wh / kgのバッテリー質量比エネルギーの目標を達成するために、主な方法は次のとおりです。

（1）大容量材料システムを選択します。正極は高ニッケル三元でできており、負極はシリコンカーボンでできています。

（2）チャージカットオフ電圧を改善するために高電圧電解液を設計します。

（3）正極および負極スラリーの配合を最適化し、電極中の活物質の割合を増やします。

（4）集電体の割合を減らすために、より薄い銅箔とアルミ箔を使用します。

（5）正極と負極のコーティング量を増やし、電極中の活物質の割合を増やします。

（6）電解質の量を制御し、電解質の量を減らし、リチウムイオン電池の比エネルギーを増やします。

（7）バッテリーの構造を最適化し、バッテリー内のタブと梱包材の比率を減らします。

円筒形、角型ハードシェル、ソフトパック積層シートのXNUMX種類の電池のうち、ソフトパック電池は、柔軟な設計、軽量、内部抵抗が低く、爆発しにくい、サイクル数が多い、比エネルギーが特徴です。バッテリーの性能も抜群です。 そのため、現在、積層ソフトパックパワーリチウムイオン電池が注目されています。 積層ソフトパックパワーリチウムイオン電池のモデル設計プロセスでは、主な変数は次のXNUMXつの側面に分けることができます。 最初のXNUMXつは、電気化学システムのレベルと設計ルールによって決定されると見なすことができ、後のXNUMXつは通常モデル設計です。 関心のある変数。

（1）正極および負極の材料と配合;

（2）正極と負極の圧縮密度。

（3）負極容量（N）と正極容量（P）の比（N / P）。

（4）ポールピースユニットの数（正極ピースの数に等しい）。

（５）正極コーティング量（Ｎ ／ Ｐ判定に基づいて、最初に正極コーティング量を決定し、次に負極コーティング量を決定する）；

（6）単一の正極の片側面積（正極の長さと幅によって決定され、正極の長さと幅が決定されると、負極のサイズも決定され、セルのサイズを決定できます）。

まず、文献[1]によると、極片ユニットの数、正極コーティングの量、および単片の正極の片側面積が、比エネルギーとエネルギー密度に及ぼす影響バッテリーについて説明します。 バッテリーの比エネルギー（ES）は、式（1）で表すことができます。

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式（1）の場合：xはバッテリーに含まれる正極の数です。 yは正極のコーティング量、kg/m2です。 zは、単一の正極m2の片側の面積です。 x∈N*、y> 0、z> 0; e（y、z）は、ポールピースユニットが寄与できるエネルギーWhであり、計算式は式（2）に示されています。

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式（2）の場合：DAVは平均放電電圧Vです。 ＰＣは、正極活物質と導電剤および結合剤との総質量に対する正極活物質の質量の比、％である。 SCCは、正極活物質の比容量、Ah/kgです。 m（y、z）はポールピース単位の質量kgであり、計算式は式（3）に示されています。

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式（3）の場合：KCTは、モノリシック正極の片面面積に対するモノリシック正極の総面積（コーティング面積とタブフォイル面積の合計）の比率であり、 1より大きい; TAlは、アルミニウム集電体の厚さmです。 ρAlはアルミニウム集電体の密度、kg/m3です。 KAは、単一の正極の片側の面積に対する各負極の総面積の比率であり、1より大きくなります。 TCuは、銅の集電体の厚さmです。 ρCuは銅の集電体です。 密度、kg / m3; N / Pは、負極容量と正極容量の比率です。 ＰＡは、負極活物質と導電剤および結合剤の総質量に対する負極活物質の質量の比、％である。 SCAは、負極活物質容量の比率、Ah/kgです。 M（x、y、z）は、非エネルギー寄与物質の質量kgであり、計算式は式（4）に示されています。

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式（4）の場合：kAPは、単一の正極の片面面積に対するアルミニウムプラスチック面積の比率であり、1より大きくなります。 SDAPは、アルミニウム-プラスチックの面密度、kg/m2です。 mTabは正電極と負電極の総質量であり、一定であることがわかります。 mTapeはテープの総質量であり、定数と見なすことができます。 kSは、正極シートの総面積に対するセパレーターの総面積の比率であり、1より大きくなります。 SDSは、セパレーターの面密度、kg/m2です。 kEは電解質とバッテリーの質量です。容量の比率、係数は正の数です。 これによると、x、y、zの任意の単一係数の増加は、バッテリーの比エネルギーを増加させると結論付けることができます。

ポールピースユニットの数、正極のコーティング量、および単一の正極の片面面積が、電池の比エネルギーとエネルギー密度に及ぼす影響の重要性を研究するために、電気化学システムと設計ルール（つまり、電極の材料と式、圧縮密度とN / Pなどを決定するため）、次に、ポールピースユニットの数、量などの1つの要素の各レベルを直交的に組み合わせます。特定のグループによって決定された電極材料を比較するための正極コーティング、および単一片の正極の片面領域、および範囲分析は、計算された比エネルギーおよびバッテリーのエネルギー密度に基づいて実行されました式、圧縮密度およびN/P。 直交設計と計算結果を表1に示します。直交設計結果をレンジ法を使用して分析し、結果を図XNUMXに示します。バッテリーの比エネルギーとエネルギー密度は、ポールピースユニットの数とともに単調に増加します。 、正極コーティングの量、および一体型正極の片面面積。 ポールピースユニットの数、正極コーティングの量、および単一の正極の片面面積のXNUMXつの要因の中で、正極コーティングの量は、バッテリー; の片面面積のXNUMXつの要因の中で、モノリシックカソードの片面面積は、バッテリーのエネルギー密度に最も大きな影響を与えます。

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図1aから、バッテリーの比エネルギーは、ポールピースユニットの数、カソードコーティングの量、およびシングルピースカソードの片面面積とともに単調に増加することがわかります。これにより、前の部分の理論的分析。 バッテリーの比エネルギーに影響を与える最も重要な要因は、正のコーティング量です。 図1bから、バッテリーのエネルギー密度は、ポールピースユニットの数、正極コーティングの量、および単一の正極の片面面積とともに単調に増加することがわかります。これは、正確さも検証します。以前の理論的分析の; バッテリーのエネルギー密度に影響を与える最も重要な要因は、モノリシック正極の片面領域です。 上記の分析によれば、電池の比エネルギーを向上させるためには、正極のコーティング量をできるだけ増やすことが重要です。 正極コーティング量の許容上限を決定した後、顧客の要件を満たすために残りの係数レベルを調整します。 電池のエネルギー密度については、モノリシック正極の片面面積をできるだけ大きくすることが重要です。 モノリシック正極の片側面積の許容上限を決定した後、顧客の要件を満たすように残りの係数レベルを調整します。

これによると、バッテリーの比エネルギーとエネルギー密度は、ポールピースユニットの数、正極コーティングの量、および単一の正極の片面面積とともに単調に増加すると結論付けることができます。 ポールピースユニットの数、正極コーティングの量、および単一の正極の片面面積のXNUMXつの要因の中で、電池の比エネルギーに対する正極コーティングの量の影響は次のとおりです。最も重要な; の片面面積のXNUMXつの要因の中で、モノリシックカソードの片面面積は、バッテリーのエネルギー密度に最も大きな影響を与えます。

次に、文献[2]に従って、バッテリーの容量のみが必要であり、決定された材料システムと処理技術の下でバッテリーのサイズやその他のパフォーマンス指標が不要な場合に、バッテリーの品質を最小限に抑える方法について説明します。レベル。 正極板の数と正極板のアスペクト比を独立変数とした電池品質の計算を式（5）に示します。

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式（5）では、M（x、y）はバッテリーの総質量です。 xはバッテリーの正極板の数です。 yは、正極板のアスペクト比です（図2に示すように、その値は幅を長さで割った値に等しくなります）。 k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7は係数であり、それらの値は、バッテリー容量、材料システム、および処理技術レベルに関連する26のパラメーターによって決定されます。表2を参照してください。表2のパラメーターが決定された後、各係数次に、26個のパラメータとk1、k2、k3、k4、k5、k6、およびk7との関係は非常に単純であると判断されますが、導出プロセスは非常に面倒です。 アナウンス（5）を数学的に導き出すことにより、正極板の数と正極板のアスペクト比を調整することにより、モデル設計によって達成できる最小の電池品質を得ることができます。

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図2積層電池の長さと幅の概略図

表2積層セルの設計パラメータ

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表2で、特定の値は、容量が50.3Ahのバッテリーの実際のパラメーター値です。 関連するパラメータは、k1、k2、k3、k4、k5、k6、およびk7がそれぞれ0.041、0.680、0.619、13.953、8.261、639.554、921.609であることを決定します。 、xは21、yは1.97006（正極の幅は329 mln、長さは167 mm）。 最適化後、正極の数が51の場合、電池の品質が最も低くなります。