TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech және басқа командалар негізінен 300 Вт/кг қуат батареяларын зерттеу мен әзірлеуге қол жеткізді. Сонымен қатар, осыған байланысты конструкторлық және ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізетін көптеген бөлімшелер әлі де бар.

Икемді орауыш литий-иондық батареялардың құрамына әдетте оң электродтар, теріс электродтар, сепараторлар, электролиттер және құлақшалар, таспалар және алюминий пластиктері сияқты басқа қажетті қосалқы материалдар кіреді. Талқылау қажеттіліктеріне сәйкес, осы мақаланың авторы жұмсақ пакеттегі литий-ионды аккумулятордағы заттарды екі санатқа бөледі: полюс бөліктерінің қосындысы және энергия қоспайтын материал. Полюс бөлігінің бірлігі оң электродты плюс теріс электродты білдіреді, ал барлық оң электродтар мен теріс электродты бірнеше полюс бөліктері бірліктерінен тұратын полюс бөліктері бірліктерінің тіркесімі ретінде қарастыруға болады; қосылмайтын энергия заттары диафрагмалар, электролиттер, полюстердің құлақшалары, алюминий пластмассалары, қорғаныш таспалары және ұштары сияқты полюс бөліктерінің қосындысынан басқа барлық басқа заттарға жатады. таспа т.б. Жалпы LiMO 2 (M = Co, Ni және Ni-Co-Mn, т.б.)/көміртекті жүйе литий-ионды батареялары үшін полюс бөліктерінің қосындысы батареяның сыйымдылығы мен қуатын анықтайды.

Қазіргі уақытта аккумулятордың массалық үлестік энергиясының 300 Вт сағ/кг мақсатына жету үшін негізгі әдістерге мыналар жатады:

(1) Сыйымдылығы жоғары материал жүйесін таңдаңыз, оң электрод жоғары никельді үштіктен жасалған, ал теріс электрод кремний көміртегінен жасалған;

(2) зарядты өшіру кернеуін жақсарту үшін жоғары вольтты электролитті жобалаңыз;

(3) Оң және теріс электрод суспензиясының формуласын оңтайландыру және электродтағы белсенді материалдың үлесін арттыру;

(4) Ток коллекторларының үлесін азайту үшін жұқа мыс фольганы және алюминий фольганы пайдаланыңыз;

(5) Оң және теріс электродтардың жабын мөлшерін ұлғайту және электродтардағы белсенді материалдардың үлесін арттыру;

(6) электролит мөлшерін бақылау, электролит мөлшерін азайту және литий-иондық батареялардың меншікті энергиясын арттыру;

(7) Батареяның құрылымын оңтайландырыңыз және батареядағы құлақшалар мен орама материалдарының үлесін азайтыңыз.

Цилиндрлік, төртбұрышты қатты қабықшаның және жұмсақ қаптама ламинатталған парақтың үш аккумуляторлық пішінінің арасында жұмсақ батарея икемді дизайн, жеңіл салмақ, төмен ішкі қарсылық, жарылуы оңай емес және көптеген циклдар мен ерекше энергия сипаттамаларына ие. батареяның өнімділігі де керемет. Сондықтан ламинатталған жұмсақ пакеттік қуатты литий-ионды батарея қазіргі уақытта қызу зерттеу тақырыбы болып табылады. Ламинатталған жұмсақ пакеттік қуатты литий-ионды аккумулятордың моделін жобалау процесінде негізгі айнымалыларды келесі алты аспектіге бөлуге болады. Алғашқы үшеуі электрохимиялық жүйенің деңгейімен және жобалау ережелерімен анықталады деп санауға болады, ал соңғы үшеуі әдетте үлгілік дизайн болып табылады. қызығушылық айнымалылары.

(1) Оң және теріс электрод материалдары мен рецептуралары;

(2) Оң және теріс электродтардың тығыздалу тығыздығы;

(3) Теріс электрод сыйымдылығының (N) оң электрод сыйымдылығына (P) қатынасы (N/P);

(4) Полюс бөліктерінің саны (оң полюс бөліктерінің санына тең);

(5) Оң электрод жабынының мөлшері (N/P анықтау негізінде, алдымен оң электрод жабынының мөлшерін анықтаңыз, содан кейін теріс электрод жабынының мөлшерін анықтаңыз);

(6) Бір оң электродтың бір жақты ауданы (оң электродтың ұзындығы мен ені бойынша анықталады, оң электродтың ұзындығы мен ені анықталған кезде теріс электродтың өлшемі де анықталады және ұяшықтың өлшемін анықтауға болады).

Біріншіден, [1] әдебиеттерге сәйкес, полюс бөліктерінің санының, оң электрод жабынының мөлшерінің және оң электродтың бір бөлігінің бір жақты аймағының меншікті энергия мен энергия тығыздығына әсері. батарея талқыланады. Батареяның меншікті энергиясын (ES) (1) теңдеу арқылы көрсетуге болады.

сурет

(1) формулада: x – аккумулятордағы оң электродтар саны; y – оң электродтың жабу мөлшері, кг/м2; z – бір оң электродтың бір жақты ауданы, м2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) – полюс бөлігінің бірлігі қоса алатын энергия, Wh, есептеу формуласы (2) формулада көрсетілген.

сурет

(2) формулада: DAV – разрядтың орташа кернеуі, V; ДК – оң электродтың белсенді материалының массасының оң электродтың белсенді материалының жалпы массасына, плюс өткізгіш агент пен байланыстырғыштың қатынасы, %; SCC – оң электродтың белсенді материалының меншікті сыйымдылығы, Ah / кг; m(y, z) – полюс бөлігінің массасы, кг және есептеу формуласы (3) формулада көрсетілген.

сурет

Формула (3): KCT – монолитті оң электродтың жалпы ауданының (жабын ауданы мен табақ фольга аймағының қосындысы) монолитті оң электродтың бір жақты ауданына қатынасы және 1-ден жоғары; TAl – алюминий ток жинағышының қалыңдығы, м; ρAl – алюминий ток жинағышының тығыздығы, кг/м3; КА – әрбір теріс электродтың жалпы ауданының бір оң электродтың бір жақты ауданына қатынасы және 1-ден үлкен; TCu – мыс ток жинағышының қалыңдығы, м; ρCu – мыс ток жинағышы. Тығыздығы, кг/м3; N/P – теріс электрод сыйымдылығының оң электрод сыйымдылығына қатынасы; PA – теріс электродтың белсенді материал массасының теріс электродтың белсенді материалының жалпы массасына қатынасы, плюс өткізгіш агент пен байланыстырғыш, %; SCA – теріс электродтың белсенді материалының қатынасы Сыйымдылығы, Ах/кг. M(x, y, z) – энергия қоспайтын заттың массасы, кг, есептеу формуласы (4) формулада көрсетілген.

сурет

(4) формулада: kAP – алюминий-пластикалық ауданның бір жақты электродтың бір жақты ауданына қатынасы және 1-ден үлкен; SDAP – алюминий-пластиктің аумақтық тығыздығы, кг/м2; mTab – тұрақтыдан көрінетін оң және теріс электродтардың жалпы массасы; mTape – тұрақты шама ретінде қарастыруға болатын таспаның жалпы массасы; kS – сепаратордың жалпы ауданының оң электрод парағының жалпы ауданына қатынасы және 1-ден үлкен; SDS – сепаратордың аумақтық тығыздығы, кг/м2; kE – электролит пен аккумулятордың массасы Сыйымдылықтың қатынасы, коэффициент – оң сан. Осыған сәйкес, x, y және z кез келген жалғыз факторының ұлғаюы аккумулятордың меншікті энергиясын арттырады деп қорытынды жасауға болады.

Полюс бөліктерінің санының, оң электродтың жабын мөлшерінің және жалғыз оң электродтың бір жақты аймағының аккумулятордың меншікті энергиясы мен энергия тығыздығына әсер етуінің маңыздылығын зерттеу үшін электрохимиялық жүйені және дизайн ережелерін (яғни электрод материалы мен формуласын анықтау үшін, Тығыздау тығыздығы және N/P және т.б.), содан кейін полюс бөлігі бірліктерінің саны, саны сияқты үш фактордың әрбір деңгейін ортогональды түрде біріктіреді. оң электродты жабын және оң электродтың бір бөлігінің бір жақты ауданы, белгілі бір топпен анықталған электрод материалын салыстыру және диапазонды талдау негізінде аккумулятордың есептелген меншікті энергиясы мен энергия тығыздығы бойынша орындалды. формула, тығыздалған тығыздық және N/P. Ортогональды жобалау және есептеу нәтижелері 1-кестеде көрсетілген. Ортогональды жобалау нәтижелері диапазон әдісімен талданған, ал нәтижелер 1-суретте көрсетілген. Батареяның меншікті энергиясы мен энергия тығыздығы полюс бөліктерінің санына байланысты монотонды түрде артады. , оң электрод жабынының мөлшері және бір бөлікті оң электродтың бір жақты аймағы. Полюс бөліктерінің саны, оң электрод жабынының мөлшері және бір оң электродтың бір жақты аймағының үш факторының ішінде оң электрод жабынының мөлшері электродтың меншікті энергиясына ең маңызды әсер етеді. батарея; Бір жақты аймақтың үш факторының ішінде монолитті катодтың бір жақты аймағы аккумулятордың энергия тығыздығына ең маңызды әсер етеді.

сурет

сурет

1а-суреттен аккумулятордың меншікті энергиясы полюс бөліктерінің санына, катод жабынының мөлшеріне және бір бөлікті катодтың бір жақты ауданына байланысты монотонды түрде өсетінін көруге болады, бұл оның дұрыстығын тексереді. алдыңғы бөлімдегі теориялық талдау; аккумулятордың меншікті энергиясына әсер ететін ең маңызды фактор – оң жабын мөлшері. 1b-суреттен аккумулятордың энергия тығыздығы полюс бөліктерінің санына, оң электрод жабынының мөлшеріне және бір оң электродтың бір жақты ауданына байланысты монотонды түрде өсетінін көруге болады, бұл да дұрыстығын тексереді. алдыңғы теориялық талдау; батареяның энергия тығыздығына әсер ететін ең маңызды фактор монолитті оң электродтың бір жақты аймағы болып табылады. Жоғарыда келтірілген талдауға сәйкес, аккумулятордың меншікті энергиясын жақсарту үшін электродты жабудың оң мөлшерін мүмкіндігінше арттырудың кілті болып табылады. Оң электродты жабу мөлшерінің рұқсат етілген жоғарғы шегін анықтағаннан кейін тұтынушының талаптарына жету үшін қалған фактор деңгейлерін реттеңіз; Батареяның энергия тығыздығы үшін монолитті оң электродтың бір жақты аймағын мүмкіндігінше ұлғайту кілті болып табылады. Монолитті оң электродтың бір жақты аймағының рұқсат етілген жоғарғы шегін анықтағаннан кейін, тұтынушының талаптарын қанағаттандыру үшін қалған фактор деңгейлерін реттеңіз.

Осыған сәйкес, аккумулятордың меншікті энергиясы мен энергия тығыздығы полюс бөліктерінің санына, оң электрод жабынының мөлшеріне және бір оң электродтың бір жақты ауданына байланысты монотонды түрде артады деп қорытынды жасауға болады. Полюстік бөлік бірліктерінің санының, оң электрод жабынының мөлшерінің және бір оң электродтың бір жақты аймағының үш факторының арасында оң электрод жабыны мөлшерінің аккумулятордың меншікті энергиясына әсері бар. ең маңыздысы; Бір жақты аймақтың үш факторының ішінде монолитті катодтың бір жақты аймағы аккумулятордың энергия тығыздығына ең маңызды әсер етеді.

Содан кейін, [2] әдебиеттерге сәйкес, аккумулятордың тек сыйымдылығы қажет болғанда, ал аккумулятордың өлшемі мен басқа өнімділік көрсеткіштері анықталған материал жүйесі мен өңдеу технологиясы бойынша талап етілмесе, аккумулятордың сапасын қалай азайту керектігі талқыланады. деңгейі. Оң пластиналардың санымен және тәуелсіз айнымалылар ретінде оң пластиналардың арақатынасымен аккумулятордың сапасын есептеу (5) формулада көрсетілген.

сурет

(5) формулада M(x, y) – аккумулятордың жалпы массасы; x – батареядағы оң пластиналар саны; y – оң пластиналардың арақатынасы (оның мәні 2-суретте көрсетілгендей ұзындығына бөлінген енге тең); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 коэффициенттері және олардың мәндері аккумулятор сыйымдылығына, материал жүйесіне және өңдеу технологиясы деңгейіне қатысты 26 параметрмен анықталады, 2-кестені қараңыз. 2-кестедегі параметрлер анықталғаннан кейін , әрбір коэффициент Содан кейін 26 параметр мен k1, k2, k3, k4, k5, k6 және k7 арасындағы байланыс өте қарапайым, бірақ туынды алу процесі өте қиын екені анықталады. Хабарландыруды (5) математикалық жолмен шығару арқылы оң пластиналардың санын және оң пластиналардың арақатынасын реттеу арқылы модель дизайнымен қол жеткізуге болатын ең аз батарея сапасын алуға болады.

сурет

2-сурет Ламинатталған батареяның ұзындығы мен енінің схемалық диаграммасы

2-кесте Ламинатталған ұяшықтардың дизайн параметрлері

сурет

2-кестеде меншікті мән 50.3Ач сыйымдылығы бар аккумулятордың нақты параметр мәні болып табылады. Сәйкес параметрлер k1, k2, k3, k4, k5, k6 және k7 сәйкесінше 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 екенін анықтайды. , x 21, у 1.97006 (оң электродтың ені 329 млн, ал ұзындығы 167 мм). Оңтайландырудан кейін оң электрод саны 51 болғанда, батарея сапасы ең аз болады.