TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech жана башка командалар негизинен 300 Wh / кг кубаттуулуктагы батареяларды изилдөө жана өнүктүрүүгө жетишти. Мындан тышкары, буга байланыштуу конструктордук жана илимий-изилдөө иштерин жүргүзгөн көптөгөн бөлүмдөр дагы эле бар.

Ийкемдүү таңгактоочу литий-иондук батарейкалардын курамына, адатта, оң электроддор, терс электроддор, сепараторлор, электролиттер жана тилкелер, ленталар жана алюминий пластмассалары сыяктуу керектүү жардамчы материалдар кирет. Талкуунун муктаждыктарына ылайык, бул макаланын автору жумшак пакеттеги литий-иондук батарейканын курамындагы заттарды эки категорияга бөлөт: уюлдук блоктун айкалышы жана энергияны кошпогон материал. Уюл даана бирдиги оң электрод плюс терс электродду билдирет, ал эми бардык оң электроддор менен терс электродду бир нече уюл даана бирдиктеринен турган уюл даана бирдиктеринин жыйындысы катары кароого болот; салым кошпогон энергетикалык заттар диафрагмалар, электролиттер, түркүктөр, алюминий пластмассалар, коргоочу ленталар жана терминалдар сыяктуу полюс бөлүктөрүнүн айкалышынан башка бардык башка заттарга тиешелүү. лента ж.б. Жалпы LiMO 2 (M = Co, Ni жана Ni-Co-Mn, ж.б.)/көмүртек системасы Li-ion батарейкалары үчүн полюс даана бирдиктеринин айкалышы батареянын кубаттуулугун жана энергиясын аныктайт.

Азыркы учурда, 300Wh / кг батареянын массасынын өзгөчө энергия максатына жетүү үчүн, негизги ыкмаларын камтыйт:

(1) жогорку сыйымдуулук материалдык системасын тандоо, оң электрод жогорку никелден жасалган үчтүк, ал эми терс электрод кремний көмүртек жасалган;

(2) зарядды өчүрүү чыңалуусун жакшыртуу үчүн жогорку чыңалуудагы электролитти долбоорлоо;

(3) Оң жана терс электроддук шламдын формуласын оптималдаштыруу жана электроддогу активдүү материалдын үлүшүн көбөйтүү;

(4) Учурдагы коллекторлордун үлүшүн азайтуу үчүн жукараак жез фольганы жана алюминий фольганы колдонуңуз;

(5) оң жана терс электроддордун каптоо көлөмүн көбөйтүү, жана электроддордо активдүү материалдардын үлүшүн көбөйтүү;

(6) электролиттин көлөмүн көзөмөлдөө, электролиттин көлөмүн азайтуу жана литий-иондук батарейкалардын өзгөчө энергиясын жогорулатуу;

(7) Батареянын структурасын оптималдаштыруу жана батареядагы өтмөктөрдүн жана таңгактоочу материалдардын үлүшүн азайтыңыз.

Цилиндрдик, төрт бурчтуу катуу кабыктан жана жумшак пакет ламинатталган барактын үч аккумулятор формасынын ичинен жумшак пакеттеги аккумулятор ийкемдүү дизайн, жеңил салмак, ички каршылыктын аздыгы, жарылуу оңой эмес жана көптөгөн циклдер жана өзгөчө энергия менен мүнөздөлөт. батареянын иштеши да мыкты. Ошондуктан, ламинатталган жумшак пакеттик кубаттуулуктагы литий-иондук батарейка учурда кызуу изилдөө темасы болуп саналат. ламинатталган жумшак пакети кубаттуулугу литий-иондук батареянын моделин долбоорлоо жараянында, негизги өзгөрмөлөр төмөнкү алты аспектилерине бөлүүгө болот. Биринчи үчөө электрохимиялык системанын деңгээли жана долбоорлоо эрежелери менен аныкталат деп эсептесе болот, ал эми акыркы үчөө көбүнчө моделдик долбоор болуп саналат. кызыктырган өзгөрмөлөр.

(1) Оң жана терс электроддук материалдар жана формулалар;

(2) Оң жана терс электроддордун тыгыздалуу тыгыздыгы;

(3) терс электроддун сыйымдуулугунун (N) оң электроддун сыйымдуулугунун (P) катышы (N/P);

(4) уюл кесим бирдиктеринин саны (оң уюл даанасынын санына барабар);

(5) Позитивдүү электрод каптоо суммасы (N / P аныктоонун негизинде, биринчи оң электрод каптоо суммасын аныктоо, андан кийин терс электрод каптоо суммасын аныктоо);

(6) Жалгыз оң электроддун бир жактуу аянты (оң электроддун узундугу жана туурасы менен аныкталат, оң электроддун узундугу жана туурасы аныкталганда, терс электроддун өлчөмү да аныкталат жана клетканын өлчөмүн аныктоого болот).

Биринчиден, адабияттар боюнча [1], уюл даана бирдиктеринин санынын, оң электрод каптоо көлөмүнүн жана оң электроддун бир бөлүгүнүн бир жактуу аянтынын салыштырма энергиясына жана энергия тыгыздыгына тийгизген таасири. батарея талкууланат. Батареянын салыштырма энергиясын (ES) теңдеме (1) менен туюнтса болот.

сүрөт

(1) формулада: х – аккумулятордогу оң электроддордун саны; y – оң электроддун каптоо өлчөмү, кг/м2; z – бир оң электроддун бир тараптуу аянты, м2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) – уюл бөлүгүнүн бирдиги салым кошо ала турган энергия, Wh, эсептөө формуласы (2) формулада көрсөтүлгөн.

сүрөт

(2) формулада: DAV – разряддын орточо чыңалуусу, V; ЖК – оң электроддун активдүү затынын массасынын оң электроддун активдүү материалынын жалпы массасына, плюс өткөргүчтүн жана байланыштыргычтын катышы, %; SCC оң электрод активдүү материалдын өзгөчө кубаттуулугу, Ah / кг; m(y, z) – уюл бөлүгүнүн массасы, кг, жана эсептөө формуласы (3) формулада көрсөтүлгөн.

сүрөт

Формула (3): KCT – монолиттүү оң электроддун жалпы аянтынын (каптоо аянтынын жана тилке фольга аянтынын суммасы) монолиттүү оң электроддун бир тараптуу аянтына болгон катышы жана 1ден чоңураак; TAl – алюминий ток коллекторунун калыңдыгы, м; ρAl – алюминий ток коллекторунун тыгыздыгы, кг/м3; KA – ар бир терс электроддун жалпы аянтынын бир оң электроддун бир тараптуу аянтына болгон катышы жана 1ден чоң; TCu – жез токтун коллекторунун калыңдыгы, м; ρCu – жез токтун коллектору. тыгыздыгы, кг/м3; N/P – терс электроддун кубаттуулугунун оң электроддун сыйымдуулугуна болгон катышы; ПА – терс электроддун активдүү заттык массасынын терс электроддун активдүү материалынын жалпы массасына, плюс өткөргүчтүн жана байланыштыргычтын катышы, %; SCA терс электрод активдүү материалдын катышы Сыйымдуулугу, Ah/kg. M(x, y, z) – энергия кошпогон заттын массасы, кг, эсептөө формуласы (4) формулада көрсөтүлгөн.

сүрөт

(4) формулада: kAP – алюминий-пластикалык аянттын бир тараптуу оң электроддун аянтына болгон катышы жана 1ден чоң; SDAP – алюминий-пластиктин аянтынын тыгыздыгы, кг/м2; mTab – бул туруктуудан көрүнүп турган оң жана терс электроддордун жалпы массасы; mTape – лентанын жалпы массасы, аны туруктуу деп эсептөөгө болот; kS – сепаратордун жалпы аянтынын оң электрод барактын жалпы аянтына болгон катышы жана 1ден чоң; SDS – сепаратордун аянтынын тыгыздыгы, кг/м2; kE – электролиттин жана батареянын массасы сыйымдуулуктун катышы, коэффициент оң сан. Буга ылайык, кандайдыр бир х, у жана z факторлорунун көбөйүшү батареянын өзгөчө энергиясын жогорулатат деген тыянак чыгарууга болот.

Уюл даанасынын санынын, оң электроддун каптоо көлөмүнүн жана бир оң электроддун бир тараптуу аянтынын батареянын салыштырма энергиясына жана энергия тыгыздыгына тийгизген таасиринин маанисин изилдөө үчүн электрохимиялык системаны жана дизайн эрежелерин (башкача айтканда, электроддун материалын жана формуласын аныктоо үчүн, Ысылуунун тыгыздыгы жана N/P ж.б.), анан ортогоналдык түрдө үч фактордун ар бир деңгээлин бириктириңиз, мисалы, полюс даана бирдиктеринин саны, көлөмү оң электрод каптоо, жана оң электроддун бир бөлүгүнүн бир жактуу аянты, белгилүү бир топ тарабынан аныкталган электрод материалды салыштыруу жана Диапазон талдоо батареянын эсептелген өзгөчө энергия жана энергия тыгыздыгы боюнча жүргүзүлгөн формула, тыгыздалган тыгыздык жана N/P. Ортогоналдык долбоорлоо жана эсептөө натыйжалары 1-таблицада көрсөтүлгөн. Ортогоналдык долбоорлоо натыйжалары диапазон ыкмасын колдонуу менен талданган жана натыйжалар 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. Батареянын салыштырма энергиясы жана энергия тыгыздыгы полюс даана бирдиктеринин санына жараша монотондуу түрдө көбөйөт. , оң электрод каптоо суммасы жана бир бөлүктөн оң электроддун бир тараптуу аянты. Уюл бөлүгүнүн бирдиктеринин санынын үч факторунун ичинен оң электроддук каптаманын көлөмү жана бир оң электроддун бир жактуу аянты, оң электроддук каптаманын саны электроддун салыштырма энергиясына эң маанилүү таасир этет. батарея; Монолиттик катоддун бир тараптуу аянтынын үч факторунун ичинен батареянын энергия тыгыздыгына эң олуттуу таасир этет.

сүрөт

сүрөт

1а-сүрөттөн көрүнүп тургандай, батареянын салыштырма энергиясы полюс бөлүктөрүнүн санына, катод каптамасынын көлөмүнө жана бир бөлүктүү катоддун бир тараптуу аянтына жараша монотондуу түрдө көбөйөт, бул тууралыгын текшерет. мурунку бөлүмдө теориялык талдоо; Батареянын өзгөчө энергиясына таасир этүүчү эң маанилүү фактор – бул Позитивдүү каптоо көлөмү. 1b-сүрөттөн көрүнүп тургандай, батареянын энергия тыгыздыгы полюс бөлүгүнүн санына, оң электрод каптоосунун көлөмүнө жана бир позитивдүү электроддун бир тараптуу аянтына жараша монотондуу түрдө көбөйөт, бул дагы тууралыгын текшерет. мурунку теориялык анализдин; батареянын энергия тыгыздыгына таасир этүүчү маанилүү фактор монолиттүү оң электроддун бир жактуу аянты болуп саналат. Жогорудагы талдоо боюнча, батареянын өзгөчө энергиясын жакшыртуу үчүн, ал мүмкүн болушунча оң электрод каптоо суммасын көбөйтүү ачкычы болуп саналат. оң электрод каптоо суммасынын алгылыктуу жогорку чегин аныктоо кийин, кардардын талаптарына жетүү үчүн калган фактор денгээлин тууралоо; Батареянын энергия тыгыздыгы үчүн, ал монолиттүү оң электроддун бир тараптуу аянтын мүмкүн болушунча көбөйтүү ачкычы болуп саналат. Монолиттик оң электроддун бир тараптуу аянтынын алгылыктуу жогорку чегин аныктагандан кийин, кардардын талаптарын канааттандыруу үчүн калган фактордун деңгээлин тууралаңыз.

Буга ылайык, батареянын өзгөчө энергиясы жана энергия тыгыздыгы полюс даана бирдиктеринин саны, оң электрод каптоо көлөмү жана бир оң электроддун бир жактуу аянты менен монотондуу түрдө көбөйөт деген тыянак чыгарууга болот. Уюл даана бирдиктеринин санынын үч факторунун арасында оң электрод каптоо көлөмү жана бир оң электроддун бир жактуу аянты, оң электрод каптоо суммасынын батареянын өзгөчө энергиясына таасири болуп саналат. эң маанилүү; Монолиттик катоддун бир тараптуу аянтынын үч факторунун ичинен батареянын энергия тыгыздыгына эң олуттуу таасир этет.

Андан кийин, адабияттар боюнча [2], батареянын кубаттуулугу гана талап кылынса, ал эми аныкталган материалдык система жана иштетүү технологиясы боюнча батареянын өлчөмү жана башка көрсөткүчтөр талап кылынбаганда, анын сапатын кантип минималдаштыруу керектиги талкууланат. деңгээл. Оң пластинкалардын саны жана көз карандысыз өзгөрмөлөр катары оң плиталардын пропорциясы менен батареянын сапатын эсептөө (5) формулада көрсөтүлгөн.

сүрөт

(5) формулада М(х, у) батареянын жалпы массасы; x – батареядагы оң плиталардын саны; y – оң пластинкалардын тараптардын катышы (анын мааниси 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, узундукка бөлүнгөн туурасына барабар); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 коэффициенттер жана алардын маанилери аккумулятордун сыйымдуулугуна, материалдык системага жана кайра иштетүү технологиясынын деңгээлине байланыштуу 26 параметр менен аныкталат, 2-таблицаны караңыз. 2-таблицадагы параметрлер аныкталгандан кийин , ар бир коэффициент Андан кийин 26 параметр менен k1, k2, k3, k4, k5, k6 жана k7 ортосундагы байланыш абдан жөнөкөй, бирок туунду процесси өтө түйшүктүү экендиги аныкталат. Математикалык түрдө кулактандыруу (5) алуу менен, оң плиталардын санын жана оң плиталардын пропорциясын тууралоо менен, моделдин дизайны менен жетишүүгө мүмкүн болгон батареянын минималдуу сапатын алууга болот.

сүрөт

2-сүрөт ламинатталган батареянын узундугунун жана туурасынын схемалык схемасы

Таблица 2 Ламинацияланган клетканын дизайн параметрлери

сүрөт

2-таблицада өзгөчө маани 50.3Ач кубаттуулуктагы аккумулятордун иш жүзүндөгү параметр мааниси болуп саналат. Тиешелүү параметрлер k1, k2, k3, k4, k5, k6 жана k7 тиешелүүлүгүнө жараша 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 экендигин аныктайт. , х 21, у 1.97006 (оң электроддун туурасы 329 млн, узундугу 167 мм). Оптималдаштыруудан кийин, оң электроддун саны 51 болгондо, батареянын сапаты эң аз болот.