TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech an aner Teams hunn am Fong d’Fuerschung an d’Entwécklung vun 300 Wh / kg Power Batterien erreecht. Zousätzlech ginn et nach ëmmer eng grouss Zuel vun Unitéiten, déi verbonne Entwécklung a Fuerschungsaarbecht maachen.

D’Zesummesetzung vu flexibele Verpackungs-Lithium-Ion-Batterien enthält normalerweis positiv Elektroden, negativ Elektroden, Separatoren, Elektrolyte, an aner néideg Hëllefsmaterialien, wéi Tabs, Bänner an Aluminiumplastik. No de Bedierfnesser vun der Diskussioun deelt den Auteur vun dësem Pabeier d’Substanzen an der Soft-Pack Lithium-Ion Batterie an zwou Kategorien: d’Kombinatioun vun der Polstéck Eenheet an dem net-energetesch bäidréit Material. D’Polstéck Eenheet bezitt sech op eng positiv Elektrode plus eng negativ Elektrode, an all déi positiv Elektroden an D’negativ Elektrode kann als Kombinatioun vu Polstéckeenheeten aus verschiddene Polstéckeenheeten ugesi ginn; Net-bäitragend Energie Substanzen bezéie sech op all aner Substanzen ausser d’Kombinatioun vu Polstéckeenheeten, sou wéi Membranen, Elektrolyte, Polluss, Aluminiumplastik, Schutzbänner an Ofschloss. Band etc.. Fir déi gemeinsam LiMO 2 (M = Co, Ni an Ni-Co-Mn, etc.) / Kuelestoff System Li-Ion Akkuen, der Kombinatioun vun Pole Stéck Unitéiten bestëmmt d’Kapazitéit an Energie vun der Batterie.

Am Moment, fir d’Zil vun 300Wh / kg Batterie Mass spezifesch Energie z’erreechen, sinn d’Haaptmethoden enthalen:

(1) Wielt eng héich-Kapazitéit Material System, déi positiv Elektrode ass aus héich Néckel ternary gemaach, an der negativ Elektrode ass aus Silicon Kuelestoff gemaach;

(2) Design Héichspannungselektrolyt fir d’Laaschtschnëttspannung ze verbesseren;

(3) Optimiséiert d’Formuléierung vu positiven an negativen Elektrodenschlämmeren an erhéijen den Undeel vum aktive Material an der Elektrode;

(4) Benotzt méi dënn Kupferfolie an Aluminiumfolie fir den Undeel vun den aktuellen Sammler ze reduzéieren;

(5) Erhéije d’Beschichtungsbetrag vun de positiven an negativen Elektroden, an erhéicht den Undeel vun aktive Materialien an den Elektroden;

(6) Kontrolléiert d’Quantitéit vum Elektrolyt, reduzéiert d’Quantitéit vum Elektrolyt an erhéicht d’spezifesch Energie vu Lithium-Ion-Batterien;

(7) Optimiséiert d’Struktur vun der Batterie a reduzéiert den Undeel vu Tabs a Verpackungsmaterial an der Batterie.

Ënnert den dräi Batterie Formen vun zylindresch, véiereckege schwéier Réibau a Soft-Pack kaschéierte Blat, der Soft-Pack Batterie huet d’Charakteristiken vun flexibelen Design, Liichtjoer Gewiicht, niddereg intern Resistenz, net einfach ze explodéieren, a vill Zyklen, an der spezifesch Energie Leeschtung vun der Batterie ass och aussergewéinlech. Dofir ass déi laminéiert Soft-Pack Power Lithium-Ion Batterie e waarme Fuerschungsthema am Moment. Am Modell Design Prozess vun kaschéierte Soft-Pack Muecht Lithium-Ion Batterie, kann den Haaptgrond Verännerlechen an déi folgend sechs Aspekter ënnerdeelt ginn. Déi éischt dräi kënnen als den Niveau vum elektrochemesche System an Designregelen bestëmmt ginn, an déi lescht dräi sinn normalerweis de Modelldesign. Verännerlechen vun Interessi.

(1) Positiv an negativ Elektroden Materialien a Formuléierungen;

(2) D’Verdichtungsdicht vu positiven an negativen Elektroden;

(3) D’Verhältnis vun negativ Elektroden Muecht (N) zu positiv Elektroden Muecht (P) (N / P);

(4) D’Zuel vun de Pole Stéck Unitéiten (gläich un der Zuel vun positiv Pole Stécker);

(5) Positiv Elektrodenbeschichtungsbetrag (op Basis vun der N / P-Bestëmmung, fir d’éischt de positiven Elektrodenbeschichtungsbetrag bestëmmen, an dann den negativen Elektrodenbeschichtungsbetrag bestëmmen);

(6) Déi eenzegsäiteg Fläche vun enger eenzeger positiver Elektrode (bestëmmt duerch d’Längt an d’Breet vun der positiver Elektrode, wann d’Längt an d’Breet vun der positiver Elektrode bestëmmt ginn, gëtt d’Gréisst vun der negativer Elektrode och bestëmmt, an d’Gréisst vun der Zell kann bestëmmt ginn).

Als éischt, laut der Literatur [1], den Afloss vun der Unzuel vun de Polstéckeenheeten, de Betrag vun der positiver Elektrodenbeschichtung an der eenzeger Säitfläch vun engem eenzege Stéck positiver Elektrode op déi spezifesch Energie an Energiedicht vun der Batterie gëtt diskutéiert. Déi spezifesch Energie (ES) vun der Batterie kann duerch Equatioun (1) ausgedréckt ginn.

Bild

An der Formel (1): x ass d’Zuel vun de positiven Elektroden an der Batterie; y ass de Beschichtungsbetrag vun der positiver Elektrode, kg/m2; z ass déi eenzegsäiteg Fläch vun enger eenzeger positiver Elektrode, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) ass d’Energie déi eng Polstéck Eenheet bäidroe kann, Wh, d’Berechnungsformel gëtt an der Formel (2) gewisen.

Bild

An der Formel (2): DAV ass déi duerchschnëttlech Entladungsspannung, V; PC ass d’Verhältnis vun der Mass vun der positiv Elektroden aktiv Material zu der Gesamtmass vun der positiv Elektroden aktiv Material plus konduktiv Agent an Binder, %; SCC ass d’spezifesch Kapazitéit vum positiven Elektroden aktive Material, Ah / kg; m(y, z) ass d’Mass vun enger Polstéck Eenheet, kg, an d’Berechnungsformel gëtt an der Formel (3) gewisen.

Bild

An der Formel (3): KCT ass de Verhältnis vum Gesamtfläch vun der monolithescher positiver Elektrode (d’Zomm vum Beschichtungsberäich an der Tabsfoliefläch) zum eenzegsäitege Beräich vun der monolithescher positiver Elektrode, an ass méi wéi 1; TAL ass d’Dicke vum Aluminiumstroumkollektor, m; ρAl ass d’Dicht vum Aluminiumstroumkollektor, kg/m3; KA ass de Verhältnis vun der Gesamtfläch vun all negativ Elektrode zum eenzegesäitege Gebitt vun enger eenzeger positiver Elektrode, an ass méi wéi 1; TCu ass d’Dicke vum Kupferstroumkollektor, m; ρCu ass de Kupferstroumkollektor. Dicht, kg/m3; N / P ass de Verhältnis vun negativ Elektroden Kapazitéit ze positiv Elektroden Kapazitéit; PA ass d’Verhältnis vun negativ Elektroden aktiv Material Mass zu der Gesamtmass vun negativ Elektroden aktiv Material plus Leitung Agent an Binder,%; SCA ass de Verhältnis vun negativ Elektroden aktiv Material Kapazitéit, Ah / kg. M(x, y, z) ass d’Mass vun der net-energesche Substanz, kg, d’Berechnungsformel gëtt an der Formel (4) gewisen.

Bild

An der Formel (4): kAP ass d’Verhältnis vum Aluminium-Plastiksfläch zum eenzegesäitege Beräich vun der eenzeger positiver Elektrode, an ass méi wéi 1; SDAP ass d’Arealdensitéit vum Aluminium-Plastik, kg/m2; mTab ​​ass d’Gesamtmass vun de positiven an negativen Elektroden, déi aus enger Konstant gesi ka ginn; mTape ass d’Gesamtmass vun der Band, déi als konstant ugesi ka ginn; kS ass de Verhältnis vun der Gesamtfläch vum Separator zum Gesamtfläch vun der positiver Elektrodenplack, an ass méi wéi 1; SDS ass d’Arealdensitéit vum Separator, kg/m2; kE ass d’Mass vum Elektrolyt an der Batterie De Verhältnis vun der Kapazitéit, de Koeffizient ass eng positiv Zuel. Deemno kann et ofgeschloss ginn datt d’Erhéijung vun engem eenzege Faktor vun x, y an z d’spezifesch Energie vun der Batterie erhéijen.

Fir d’Bedeitung vum Afloss vun der Unzuel vun de Polstéckeenheeten ze studéieren, de Beschichtungsbetrag vun der positiver Elektrode an der eenzegsäiteg Fläche vun der eenzeger positiver Elektrode op déi spezifesch Energie an Energiedicht vun der Batterie, eng elektrochemesch System an Design Regelen (dat ass, der Elektroden Material a Formel ze bestëmmen, Compaction Dicht an N / P, etc.), an dann orthogonally all Niveau vun den dräi Faktoren kombinéieren, wéi d’Zuel vun de Pole Stéck Unitéiten, de Montant vun positiv Elektrodebeschichtung, an dat eenzegsäitegt Gebitt vun engem eenzege Stéck positiver Elektrode, fir d’Elektrodenmaterial ze vergläichen, bestëmmt vun enger bestëmmter Grupp, an d’Bandanalyse gouf op der berechent spezifescher Energie an der Energiedicht vun der Batterie gemaach baséiert op der Formel, kompakt Dicht an N / P. D’orthogonal Design a Berechnung Resultater sinn an Table 1. D’orthogonal Design Resultater goufen mat der Rei Method analyséiert, an d’Resultater sinn an der Figur 1. D’spezifesch Energie an Energie Dicht vun der Batterie Erhéijung monotonically mat der Zuel vun Pole Stéck Unitéiten. , de Betrag vun der positiver Elektrodebeschichtung, an dat eenzegsäitegt Gebitt vun enger eenzeger positiver Elektrode. Ënnert den dräi Faktore vun der Unzuel vun de Polstéckeenheeten, d’Quantitéit vun der positiver Elektrodebeschichtung, an dem eenzegsäitege Beräich vun enger eenzeger positiver Elektrode, huet d’Quantitéit vun der positiver Elektrodebeschichtung de bedeitendsten Impakt op d’spezifesch Energie vun der Batterie; Ënnert den dräi Facteure vun der Single-dofir Beräich vun, der Single-dofir Beräich vun monolithic cathode huet de bedeitendsten Impakt op d’Energie Dicht vun der Batterie.

Bild

Bild

Et kann aus der Figur 1a gesi ginn datt d’spezifesch Energie vun der Batterie monoton eropgeet mat der Unzuel vun de Polstéckeenheeten, der Quantitéit vun der Kathodebeschichtung, an dem eenzegsäitege Gebitt vun der Eenzelkathode, déi d’Korrektheet vun déi theoretesch Analyse am viregten Deel; de bedeitendste Faktor, deen déi spezifesch Energie vun der Batterie beaflosst, ass Positiv Beschichtungsbetrag. Et kann aus der Figur 1b gesi ginn datt d’Energiedicht vun der Batterie monoton eropgeet mat der Unzuel vun de Polstéckeenheeten, der Quantitéit vun der positiver Elektrodebeschichtung, an dem eenzegsäitege Beräich vun enger eenzeger positiver Elektrode, déi och d’Korrektheet verifizéiert. vun der viregter theoretesch Analyse; de bedeitendste Faktor, deen d’Energiedicht vun der Batterie beaflosst, ass dat eenzegsäitegt Gebitt vun der monolithescher positiver Elektrode. Laut der uewe genannter Analyse, fir d’spezifesch Energie vun der Batterie ze verbesseren, ass et de Schlëssel fir de positiven Elektrodenbeschichtungsbetrag sou vill wéi méiglech ze erhéijen. No Bestëmmung vun der akzeptabel ieweschte Limite vun der positiv Elektroden Beschichtung Betrag, ajustéieren déi reschtlech Faktor Niveauen d’Ufuerderunge vum Client ze erreechen; Fir d’Energiedicht vun der Batterie ass et de Schlëssel fir d’eensäiteg Gebitt vun der monolithescher positiver Elektrode sou vill wéi méiglech ze erhéijen. No der Bestëmmung vun der akzeptabel ieweschter Limite vun der eenzeger Säit Beräich vun der monolithic positiv Elektroden, ajustéieren déi reschtlech Faktor Niveauen de Client Ufuerderunge ze treffen.

Deemno kann et ofgeschloss ginn datt d’spezifesch Energie an d’Energiedicht vun der Batterie monoton eropgeet mat der Unzuel vun de Polstéck Eenheeten, der Quantitéit vun der positiver Elektrodebeschichtung an der eenzegsäiteg Fläche vun enger eenzeger positiver Elektrode. Ënnert den dräi Faktore vun der Unzuel vun de Polstéckeenheeten, de Betrag vun der positiver Elektrodebeschichtung, an dem eenzegsäitege Beräich vun enger eenzeger positiver Elektrode, ass den Impakt vun der Quantitéit vun der positiver Elektrodebeschichtung op déi spezifesch Energie vun der Batterie. déi bedeitendst; Ënnert den dräi Facteure vun der Single-dofir Beräich vun, der Single-dofir Beräich vun monolithic cathode huet de bedeitendsten Impakt op d’Energie Dicht vun der Batterie.

Dann, laut der Literatur [2], gëtt diskutéiert wéi d’Qualitéit vun der Batterie miniméiert gëtt wann nëmmen d’Kapazitéit vun der Batterie erfuerderlech ass, an d’Batteriegréisst an aner Leeschtungsindikatoren sinn net erfuerderlech ënner dem bestëmmte Materialsystem a Veraarbechtungstechnologie Niveau. D’Berechnung vun der Batteriequalitéit mat der Zuel vu positive Placke an dem Aspekt Verhältnis vu positiven Placken als onofhängeg Variabelen gëtt an der Formel (5) gewisen.

Bild

An der Formel (5) ass M(x, y) d’Gesamtmass vun der Batterie; x ass d’Zuel vu positive Placke an der Batterie; y ass den Aspekt Verhältnis vun de positiven Placke (säi Wäert ass gläich wéi d’Breet gedeelt duerch d’Längt, wéi an der Figur 2 gewisen); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 sinn Koeffizienten, an hir Wäerter gi festgeluegt duerch 26 Parameteren am Zesummenhang mat Batteriekapazitéit, Materialsystem a Veraarbechtungstechnologieniveau, kuckt Tabelle 2. Nodeem d’Parameteren an der Tabell 2 bestëmmt ginn , all Koeffizient Et gëtt dann festgestallt datt d’Relatioun tëscht den 26 Parameteren a k1, k2, k3, k4, k5, k6 a k7 ganz einfach ass, awer den Oflehnungsprozess ass ganz ëmständlech. Andeems Dir d’Ukënnegung mathematesch ofgeleet (5), andeems Dir d’Zuel vu positiven Placken an den Aspekt Verhältnis vu positiven Placken ugepasst, kann d’Mindestbatteriequalitéit, déi duerch de Modelldesign erreecht ka ginn.

Bild

Figur 2 Schematesch Diagramm vun der Längt an der Breet vun der kaschéierter Batterie

Dësch 2 Laminéiert Zell Design Parameteren

Bild

An Table 2 ass de spezifesche Wäert den aktuellen Parameterwäert vun der Batterie mat enger Kapazitéit vu 50.3Ah. Déi entspriechend Parameter bestëmmen datt k1, k2, k3, k4, k5, k6, an k7 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 sinn. , x ass 21, y ass 1.97006 (d’Breet vun der positiver Elektrode ass 329 mln, an d’Längt ass 167 mm). No der Optimisatioun, wann d’Zuel vun de positiven Elektroden 51 ass, ass d’Batteriequalitéit déi klengst.