TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech û tîmên din di bingeh de lêkolîn û pêşkeftina bataryayên hêza 300 Wh / kg bi dest xistine. Wekî din, hêj hejmareke mezin a yekîneyan hene ku xebatên pêşkeftin û lêkolînê yên têkildar dikin.

Pêkhateyên pakkirina bataryayên lîtium-ionê yên maqûl bi gelemperî elektrodên erênî, elektrodên neyînî, veqetandî, elektrolît, û malzemeyên din ên alîkar, wek tablo, kaset, û plastîkên aluminiumê hene. Li gorî hewcedariyên nîqaşê, nivîskarê vê gotarê maddeyên di pîlê lîtium-îyonê ya nerm-pakêtê de li du kategoriyan dabeş dike: berhevoka yekîneya perçeya polê û materyalê ne-enerjî. Yekîneya perçeya polê ji elektrodek erênî plus elektrodek neyînî vedibêje, û hemî elektrodên erênî û Elektroda neyînî dikare wekî berhevokek yekîneyên perçeya polê ku ji çend yekîneyên perçeyê polê pêk tê were hesibandin; Madeyên enerjiyê yên ne-tevkar ji bilî tevhevkirina yekeyên perçeya polê, wek diafragm, elektrolît, lûleyên stûnê, plastîkên aluminiumê, kasetên parastinê û dawîn, hemî maddeyên din vedibêjin. kaset û hwd. Ji bo bataryayên LiMO 2 yên hevpar (M = Co, Ni û Ni-Co-Mn, hwd.)/pergala karbonê ya Li-ion, berhevkirina yekîneyên perçeya polê kapasîteya û enerjiya pîlê diyar dike.

Heya nuha, ji bo ku meriv bigihîje armanca 300Wh / kg enerjiya taybetî ya girseyî ya bateriyê, rêbazên sereke ev in:

(1) Pergalek materyalê ya bi kapasîteya bilind hilbijêrin, elektroda erênî ji nîkelê bilind ternary, û elektroda neyînî ji karbonê silicon çêkirin;

(2) Elektrolîta voltaja bilind sêwirînin da ku voltaja qutkirina barkirinê baştir bike;

(3) Damezrandina şilava elektrodê erênî û neyînî xweş bikin û rêjeya materyalê çalak di elektrodê de zêde bikin;

(4) Peldanka sifir û pelika aluminiumê ya ziravtir bikar bînin da ku rêjeya berhevkarên heyî kêm bikin;

(5) Rêjeya pêlavê ya elektrodên erênî û neyînî zêde bikin, û rêjeya materyalên çalak di elektrodê de zêde bikin;

(6) Rêjeya elektrolîtê kontrol bikin, mîqdara elektrolîtê kêm bikin û enerjiya taybetî ya bataryayên lîtium-ion zêde bikin;

(7) Struktura pîlê xweşbîn bikin û rêjeya tablo û materyalên pakkirinê di pîlê de kêm bikin.

Di nav sê formên batterê yên silindrîk, qalikê hişk çargoşe û pelê lamînkirî de, pîlê nerm-pakê xwedan taybetmendiyên sêwirana maqûl, giraniya sivik, berxwedana hindirîn a hindik, ne hêsan e ku biteqe, û gelek dewran, û enerjiya taybetî heye. performansa pîlê jî berbiçav e. Ji ber vê yekê, bataryaya lîtium-ionê ya nerm-pakêta lamînkirî mijarek lêkolînê ya germ e. Di pêvajoya sêwirana modelê ya bataryaya lîtium-ion-ê ya hêza nermal-pakêtê de, guhêrbarên sereke dikarin di şeş aliyên jêrîn de bêne dabeş kirin. Sê yekem dikare were hesibandin ku ji hêla asta pergala elektrokîmyayî û qaîdeyên sêwiranê ve têne destnîşankirin, û sêyên paşîn bi gelemperî sêwirana modelê ne. guherbarên berjewendiyê.

(1) Materyal û formulên elektrodê erênî û neyînî;

(2) Kêmbûna berhevkirina elektrodên erênî û neyînî;

(3) Rêjeya kapasîteya elektrodê neyînî (N) bi kapasîteya elektrodê erênî (P) (N/P);

(4) Hejmara yekîneyên perçeya polê (wekhev hejmara perçeyên pola erênî);

(5) Rêjeya pêlava elektrodê ya erênî (li ser bingeha destnîşankirina N/P, pêşî mîqdara pêvekirina elektrodê erênî diyar bike, û dûv re jî mîqdara pêvekirina elektrodê ya neyînî diyar bike);

(6) Qada yekalî ya elektrodek erênî ya yekalî (ji hêla dirêjî û firehiya elektroda erênî ve tê destnîşankirin, dema ku dirêjî û firehiya elektroda erênî were destnîşankirin, mezinahiya elektroda neyînî jî tê destnîşankirin, û mezinahiya şaneyê dikare were destnîşankirin).

Pêşîn, li gorî wêjeyê [1], bandora hejmara yekîneyên perçeya polê, mîqdara pêlava elektroda erênî û qada yekalî ya yek perçeyek elektrodê erênî li ser enerjiya taybetî û dendika enerjiyê ya pîlê tê nîqaşkirin. Enerjiya taybetî (ES) ya pîlê dikare bi hevkêşeya (1) were diyar kirin.

sûret

Di formula (1) de: x hejmara elektrodên erênî yên di pîlê de hene; y mîqdara nixumandina elektrodê erênî ye, kg/m2; z qada yekalî ya elektrodek erênî ya yekane ye, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) enerjiya ku yekîneyek perçeyek polê dikare beşdar bike ye, Wh, formula hesabkirinê di formula (2) de tê xuyang kirin.

sûret

Di formula (2) de: DAV voltaja dakêşanê ya navîn e, V; PC rêjeya girseya madeya çalak a elektroda erênî bi tevaya girseya madeya çalak a elektroda erênî û bi navgîniya guhêrbar û binder e, %; SCC kapasîteya taybetî ya materyalê çalak a elektrodê erênî ye, Ah / kg; m(y, z) girseya yekîneya perçeya stûnê ye, kg, û formula hesabkirinê di formula (3) de tê nîşandan.

sûret

Di formula (3) de: KCT rêjeya tevahiya qada elektroda erênî ya yekparêz e (hevdengiya qada pêçandî û qada pelika tabê) bi qada yekalî ya elektroda erênî ya yekalî, û ev e. ji 1 mezintir; TAl qalindahiya kolektora niha ya aluminiumê ye, m; ρAl tîraniya kolektora niha ya aluminiumê ye, kg/m3; KA rêjeya tevahiya qada her elektrodek neyînî ji qada yekalî ya elektrodek yek erênî ye, û ji 1 mezintir e; TCu qalindahiya kolektora sifir a niha ye, m; ρCu berhevkarê niha yê sifir e. Density, kg/m3; N/P rêjeya kapasîteya elektrodê ya neyînî bi kapasîteya elektrodê erênî ye; PA rêjeya girseya maddeya çalak a elektroda negatîf bi girseya giştî ya madeya çalak a elektroda negatîf plus ajans û binder, %; SCA rêjeya kapasîteya madeya çalak a elektrodê neyînî ye, Ah / kg. M(x, y, z) girseya maddeya ku enerjiyê nake, kg e, formula hesabkirinê di formula (4) de tê nîşandan.

sûret

Di formula (4) de: kAP rêjeya qada aluminium-plastîk ji qada yekalî ya elektrodê yekane erênî ye, û ji 1 mezintir e; SDAP dendika herêmê ya aluminium-plastîkê ye, kg/m2; mTab giştiya girseya elektrodên erênî û neyînî ye, ku ji wan tê dîtin domdar e; mTape girseya giştî ya kasêtê ye, ku dikare wekî domdar were hesibandin; kS rêjeya tevahiya qada veqetandinê bi tevahiya qada pelê elektrodê erênî ye, û ji 1 mezintir e; SDS tîraniya herêmê ya veqetandinê ye, kg/m2; kE girseya elektrolît û pîlê ye Rêjeya kapasîteyê, hevseng hejmareke erênî ye. Li gorî vê yekê, meriv dikare were encamdan ku zêdebûna her yek faktorek x, y û z dê enerjiya taybetî ya pîlê zêde bike.

Ji bo lêkolîna girîngiya bandora hejmara yekîneyên perçeya polê, mîqdara pêvekirina elektroda erênî û qada yekalî ya elektroda erênî ya yekane li ser enerjiya taybetî û tîrêjiya enerjiya pîlê, elektrokîmyayî. qaîdeyên pergalê û sêwiranê (ango, destnîşankirina materyal û formula elektrodê, tîrêjiya berhevkirinê û N/P, hwd.), û dûv re ortogonal her astek ji sê faktoran, wek hejmara yekîneyên perçeya polê, mîqdara nixumandina elektroda erênî, û qada yekalî ya yek perçeyek elektrodê erênî, ji bo berhevkirina materyalê elektrodê ku ji hêla komek diyar ve hatî destnîşankirin û analîza Rêzeyê li ser enerjiya taybetî ya hesabkirî û dendika enerjiya pîlê li ser bingeha formula, dendika berhevkirî û N/P. Encamên sêwirana ortogonal û hesabkirinê di tabloya 1-ê de têne xuyang kirin. Encamên sêwirana ortogonal bi karanîna rêbaza rêzê hatine analîz kirin, û encam di Xiflteya 1-ê de têne xuyang kirin. Tîrêjiya enerjiyê û enerjiya taybetî ya pîlê bi hejmara yekîneyên perçeyên polê re monoton zêde dibe. , mîqdara pêvekirina elektrodê erênî, û qada yekalî ya elektrodek erênî ya yek-perçe. Di nav sê faktorên hejmara yekîneyên perçeya polê de, mîqdara nixumandina elektrodê ya erênî, û qada yekalî ya elektrodek erênî ya yekane, mîqdara nixumandina elektrodê ya erênî bandorek herî girîng li ser enerjiya taybetî ya stûnê heye. pîl; Di nav sê faktorên qada yek-alî de, qada yekalî ya katodê yekalî bandorek herî girîng li ser dendika enerjiyê ya pîlê heye.

sûret

sûret

Ji Figure 1a tê dîtin ku enerjiya taybetî ya pîlê bi hejmara yekeyên perçeya polê, mîqdara nixumandina katodê, û qada yekalî ya katoda yek-parçe yekalî yekalî zêde dibe, ku rastbûna pîlê piştrast dike. analîza teorîk di beşa berê de; Faktora herî girîng a ku bandorê li enerjiya taybetî ya pîlê dike, mîqdara lêdana erênî ye. Ji jimar 1b tê dîtin ku tîrêjiya enerjiyê ya pîlê bi hejmara yekîneyên pola, mîqdara pêça elektrodê erênî, û qada yekalî ya elektrodek erênî ya yekalî yekalî zêde dibe, ku di heman demê de rastbûna rast piştrast dike. analîzên teorîk ên berê; Faktora herî girîng a ku bandorê li dendika enerjiya pîlê dike, qada yekalî ya elektroda erênî ya monolîtîk e. Li gorî analîza jorîn, ji bo baştirkirina enerjiya taybetî ya pîlê, mifteya wê ye ku meriv bi qasî ku gengaz mîqdara pêvekirina elektrodê erênî zêde bike. Piştî destnîşankirina sînorê jorîn a pejirandî ya mîqdara nixumandina elektrodê ya erênî, astên faktora mayî rast bikin da ku bigihîjin daxwazên xerîdar; Ji bo dendika enerjiyê ya pîlê, mifteya wê ye ku qada yekalî ya elektroda erênî ya monolîtîk bi qasî ku gengaz zêde bike. Piştî destnîşankirina sînorê jorîn a pejirandî ya qada yekalî ya elektroda erênî ya monolîtîk, astên faktora mayî rast bikin da ku daxwazên xerîdar bicîh bînin.

Li gorî vê yekê, meriv dikare were encamdan ku enerjiya taybetî û dendika enerjiyê ya pîlê bi yekrengî bi hejmara yekîneyên perçeya polê, mîqdara pêça elektrodê erênî, û qada yekalî ya elektrodek erênî ya yekalî zêde dibe. Di nav sê faktorên hejmara yekîneyên perçeya polê de, mîqdara nixumandina elektrodê erênî, û qada yekalî ya elektrodek erênî ya yekane, bandora mîqdara pêvekirina elektrodê erênî li ser enerjiya taybetî ya pîlê ye. ya herî girîng; Di nav sê faktorên qada yekalî de, qada yekalî ya katodê yekalî bandorek herî girîng li ser dendika enerjiyê ya pîlê heye.

Dûv re, li gorî wêjeyê [2], tê nîqaş kirin ka meriv çawa kalîteya pîlê kêm dike dema ku tenê kapasîteya pîlê hewce ye, û mezinahiya pîlê û nîşaneyên din ên performansê di bin pergala materyalê ya diyarkirî û teknolojiya pêvajoyê de ne hewce ne. serrast. Hesabkirina qalîteya bataryayê bi hejmara lewheyên pozîtîf û rêjeya rûbera tabloyên erênî wekî guhêrbarên serbixwe di formula (5) de tê destnîşan kirin.

sûret

Di formula (5) de, M(x, y) girseya giştî ya pîlê ye; x hejmara lewheyên erênî yên di pîlê de ye; y rêjeya aspektê ya lewheyên erênî ye (nirxa wê bi dirêjahiya dabeşkirî ye, wekî ku di Figure 2 de tê xuyang kirin); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 hevber in, û nirxên wan ji hêla 26 parametreyên girêdayî kapasîteya pîlê, pergala materyal û asta teknolojiya pêvajoyê ve têne destnîşankirin, li Tablo 2 binêre. Piştî ku pîvanên di Tablo 2 de têne destnîşankirin , her jimare Paşê tê destnîşankirin ku têkiliya di navbera 26 parametreyan û k1, k2, k3, k4, k5, k6, û k7 de pir hêsan e, lê pêvajoya derxistinê pir giran e. Bi derxistina matematîkî ya ragihandinê (5), bi verastkirina hejmara lewheyên erênî û rêjeya rûbera tabloyên erênî, herî kêm kalîteya pîlê ya ku ji hêla sêwirana modelê ve dikare were bidestxistin dikare were bidestxistin.

sûret

Figure 2 Diyagrama şematîkî ya dirêjî û firehiya pîlê laminated

Tablo 2 Parametreyên sêwirana hucreya laminated

sûret

Di Tabloya 2-ê de, nirxa taybetî nirxa pîvana rastîn a pîlê bi kapasîteya 50.3Ah e. Parametreyên têkildar diyar dikin ku k1, k2, k3, k4, k5, k6, û k7 bi rêzdarî 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 in. , x 21 e, y 1.97006 e (firehiya elektrodê pozîtîf 329 mln, û dirêjahî 167 mm e). Piştî xweşbîniyê, gava ku hejmara elektrodê erênî 51 be, kalîteya batterê ya herî piçûk e.