TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech ir kitos komandos iš esmės pasiekė 300 Wh/kg galios baterijų tyrimus ir plėtrą. Be to, vis dar yra daug padalinių, vykdančių su tuo susijusius plėtros ir tyrimų darbus.

Į lanksčios pakuotės ličio jonų akumuliatorių sudėtį paprastai įeina teigiami elektrodai, neigiami elektrodai, separatoriai, elektrolitai ir kitos būtinos pagalbinės medžiagos, pvz., skirtukai, juostos ir aliuminio plastikai. Atsižvelgdamas į diskusijos poreikius, šio straipsnio autorius suskirsto medžiagas, esančias minkštos pakuotės ličio jonų akumuliatoriuje, į dvi kategorijas: polių bloko ir energijos nepridedančios medžiagos derinį. Polių blokas reiškia teigiamą elektrodą ir neigiamą elektrodą, o visi teigiami elektrodai ir Neigiamas elektrodas gali būti laikomas polių blokų, sudarytų iš kelių polių blokų, deriniu; energijos nepridedančios medžiagos reiškia visas kitas medžiagas, išskyrus polių vienetų derinį, pvz., diafragmas, elektrolitus, polių antgalius, aliuminio plastiką, apsaugines juostas ir galus. juosta ir tt Įprastoms LiMO 2 (M = Co, Ni ir Ni-Co-Mn ir kt.)/anglies sistemos ličio jonų akumuliatoriams polių blokų derinys lemia akumuliatoriaus talpą ir energiją.

Šiuo metu, siekiant 300Wh/kg baterijos masės savitosios energijos, naudojami pagrindiniai metodai:

(1) Pasirinkite didelės talpos medžiagų sistemą, teigiamas elektrodas pagamintas iš didelio nikelio trisluoksnio, o neigiamas elektrodas pagamintas iš silicio anglies;

(2) Suprojektuokite aukštos įtampos elektrolitą, kad pagerintumėte įkrovos išjungimo įtampą;

(3) optimizuoti teigiamų ir neigiamų elektrodų suspensiją ir padidinti aktyviosios medžiagos dalį elektrode;

(4) Naudokite plonesnę vario ir aliuminio foliją, kad sumažintumėte srovės kolektorių dalį;

(5) Padidinkite teigiamų ir neigiamų elektrodų dangos kiekį ir padidinkite aktyviųjų medžiagų dalį elektroduose;

(6) Kontroliuoti elektrolito kiekį, sumažinti elektrolito kiekį ir padidinti ličio jonų baterijų savitąją energiją;

(7) Optimizuokite akumuliatoriaus struktūrą ir sumažinkite skirtukų ir pakavimo medžiagų dalį akumuliatoriuje.

Tarp trijų cilindrinio, kvadratinio kieto apvalkalo ir minkšto paketo laminuotų lakštų baterijų, minkštos pakuotės baterija pasižymi lanksčios konstrukcijos savybėmis, lengvumu, mažu vidiniu atsparumu, nesunku sprogti, daug ciklų ir specifinės energijos. baterijos našumas taip pat yra puikus. Todėl laminuota minkšto paketo ličio jonų baterija šiuo metu yra karšta tyrimų tema. Laminuoto minkšto paketo galios ličio jonų akumuliatoriaus modelio projektavimo procese pagrindinius kintamuosius galima suskirstyti į šiuos šešis aspektus. Pirmuosius tris galima laikyti nulemtais elektrocheminės sistemos lygio ir projektavimo taisyklių, o pastarieji trys dažniausiai yra modelio dizainas. dominantys kintamieji.

(1) teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagos ir kompozicijos;

(2) teigiamų ir neigiamų elektrodų tankinimo tankis;

(3) neigiamo elektrodo talpos (N) ir teigiamo elektrodo talpos (P) (N/P) santykis;

(4) polių vienetų skaičius (lygus teigiamų polių skaičiui);

(5) Teigiamas elektrodo dangos kiekis (remiantis N/P nustatymu, pirmiausia nustatykite teigiamo elektrodo dangos kiekį, o tada nustatykite neigiamą elektrodo dangos kiekį);

(6) Vieno teigiamo elektrodo vienpusis plotas (nustatomas pagal teigiamo elektrodo ilgį ir plotį, kai nustatomas teigiamo elektrodo ilgis ir plotis, taip pat nustatomas neigiamo elektrodo dydis, ir galima nustatyti ląstelės dydį).

Pirma, remiantis literatūra [1], polių vienetų skaičiaus, teigiamo elektrodo dangos kiekio ir vieno teigiamo elektrodo vieneto vienos pusės ploto įtaka specifinei elektrodo energijai ir energijos tankiui. aptariamas akumuliatorius. Baterijos savitoji energija (ES) gali būti išreikšta (1) lygtimi.

nuotrauka

(1) formulėje: x yra akumuliatoriuje esančių teigiamų elektrodų skaičius; y – teigiamo elektrodo dangos kiekis, kg/m2; z yra vieno teigiamo elektrodo vienpusis plotas, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) yra energija, kurią gali įnešti polius, Wh, skaičiavimo formulė parodyta (2) formulėje.

nuotrauka

(2) formulėje: DAV yra vidutinė iškrovos įtampa, V; PC yra teigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos masės ir visos teigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos masės, pridėjus laidžiosios medžiagos ir rišiklio, santykis, %; SCC yra teigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos savitoji talpa, Ah / kg; m(y, z) yra poliaus vieneto masė kg, o skaičiavimo formulė parodyta (3) formulėje.

nuotrauka

(3) formulėje: KCT yra bendro monolitinio teigiamo elektrodo ploto (dangos ploto ir skirtuko folijos ploto suma) ir monolitinio teigiamo elektrodo vienpusio ploto santykis ir yra didesnis nei 1; TAL – aliuminio srovės kolektoriaus storis, m; ρAl – aliuminio srovės kolektoriaus tankis, kg/m3; KA yra kiekvieno neigiamo elektrodo bendro ploto ir vieno teigiamo elektrodo vienpusio ploto santykis ir yra didesnis nei 1; TCu – vario srovės kolektoriaus storis, m; ρCu yra vario srovės kolektorius. Tankis, kg/m3; N/P – neigiamos elektrodo talpos ir teigiamo elektrodo talpos santykis; PA yra neigiamos elektrodo aktyviosios medžiagos masės ir visos neigiamos elektrodo aktyviosios medžiagos masės, pridėjus laidžiosios medžiagos ir rišiklio, santykis, %; SCA yra neigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos talpos, Ah/kg santykis. M(x, y, z) yra energijos neduodančios medžiagos masė, kg, skaičiavimo formulė parodyta (4) formulėje.

nuotrauka

(4) formulėje: kAP yra aliuminio ir plastiko ploto ir vieno teigiamo elektrodo vienpusio ploto santykis ir yra didesnis nei 1; SDAP yra aliuminio-plastiko plotinis tankis, kg/m2; mTab yra bendra teigiamų ir neigiamų elektrodų masė, kurią galima matyti iš konstantos; mJuosta yra bendra juostos masė, kuri gali būti laikoma konstanta; kS yra viso separatoriaus ploto ir viso teigiamo elektrodo lakšto ploto santykis ir yra didesnis nei 1; SDS – separatoriaus plotinis tankis, kg/m2; kE – elektrolito ir akumuliatoriaus masė. Talpos santykis, koeficientas – teigiamas skaičius. Pagal tai galima daryti išvadą, kad bet kurio vieno x, y ir z koeficiento padidėjimas padidins baterijos savitąją energiją.

Siekiant ištirti polių vienetų skaičiaus, teigiamo elektrodo dangos kiekio ir vieno teigiamo elektrodo vienpusio ploto įtakos baterijos savitajai energijai ir energijos tankiui, atliekama elektrocheminė medžiaga. sistemos ir projektavimo taisyklės (ty nustatyti elektrodo medžiagą ir formulę, sutankinimo tankį ir N/P ir kt.), o po to ortogoniškai sujunkite kiekvieną trijų veiksnių lygį, pvz., polių vienetų skaičių, teigiamo elektrodo danga ir vieno teigiamo elektrodo vienpusis plotas, kad būtų galima palyginti tam tikros grupės nustatytą elektrodo medžiagą, o diapazono analizė buvo atlikta pagal apskaičiuotą baterijos savitąją energiją ir energijos tankį, remiantis formulė, sutankintas tankis ir N/P. Stačiakampio projektavimo ir skaičiavimo rezultatai pateikti 1 lentelėje. Stačiakampio projektavimo rezultatai buvo išanalizuoti taikant diapazono metodą, o rezultatai parodyti 1 pav. Akumuliatoriaus savitoji energija ir energijos tankis didėja monotoniškai didėjant polių vienetų skaičiui , teigiamo elektrodo dangos kiekis ir vienpusio teigiamo elektrodo vienpusis plotas. Tarp trijų polių vienetų skaičiaus, teigiamo elektrodo dangos kiekio ir vieno teigiamo elektrodo vienpusio ploto faktorių teigiamo elektrodo dangos kiekis turi didžiausią įtaką specifinei elektrodo energijai. baterija; Tarp trijų vienpusio ploto veiksnių monolitinio katodo vienpusis plotas turi didžiausią įtaką akumuliatoriaus energijos tankiui.

nuotrauka

nuotrauka

Iš 1a paveikslo matyti, kad baterijos savitoji energija didėja monotoniškai didėjant polių vienetų skaičiui, katodo dangos kiekiui ir vienpusio katodo plotui, o tai patvirtina baterijos teisingumą. teorinė analizė ankstesnėje dalyje; Svarbiausias veiksnys, turintis įtakos specifinei akumuliatoriaus energijai, yra teigiamas dangos kiekis. Iš 1b paveikslo matyti, kad akumuliatoriaus energijos tankis monotoniškai didėja didėjant polių vienetų skaičiui, teigiamo elektrodo dangos kiekiui ir vieno teigiamo elektrodo vienpusiam plotui, o tai taip pat patvirtina teisingumą. ankstesnės teorinės analizės; Svarbiausias veiksnys, turintis įtakos akumuliatoriaus energijos tankiui, yra vienpusis monolitinio teigiamo elektrodo plotas. Remiantis aukščiau pateikta analize, norint pagerinti baterijos savitąją energiją, svarbiausia yra kuo labiau padidinti teigiamo elektrodo dangos kiekį. Nustačius priimtiną viršutinę teigiamo elektrodo dangos kiekio ribą, sureguliuokite likusius faktoriaus lygius, kad atitiktumėte kliento reikalavimus; Norint padidinti akumuliatoriaus energijos tankį, svarbu kiek įmanoma padidinti monolitinio teigiamo elektrodo vienpusį plotą. Nustačius priimtiną monolitinio teigiamo elektrodo vienpusio ploto viršutinę ribą, sureguliuokite likusius faktoriaus lygius, kad atitiktų kliento reikalavimus.

Pagal tai galima daryti išvadą, kad akumuliatoriaus savitoji energija ir energijos tankis monotoniškai didėja didėjant polių vienetų skaičiui, teigiamo elektrodo dangos kiekiui ir vieno teigiamo elektrodo vienpusiam plotui. Tarp trijų polių vienetų skaičiaus, teigiamo elektrodo dangos kiekio ir vieno teigiamo elektrodo vienpusio ploto veiksnių teigiamo elektrodo dangos kiekio įtaka specifinei akumuliatoriaus energijai reikšmingiausias; Tarp trijų vienpusio ploto veiksnių monolitinio katodo vienpusis plotas turi didžiausią įtaką akumuliatoriaus energijos tankiui.

Tada pagal literatūrą [2] aptariama, kaip sumažinti akumuliatoriaus kokybę, kai reikalinga tik akumuliatoriaus talpa, o pagal nustatytą medžiagų sistemą ir apdirbimo technologiją akumuliatoriaus dydis ir kiti veikimo rodikliai nereikalingi. lygiu. Akumuliatoriaus kokybės apskaičiavimas su teigiamų plokščių skaičiumi ir teigiamų plokščių kraštinių santykiu kaip nepriklausomais kintamaisiais parodytas (5) formulėje.

nuotrauka

(5) formulėje M(x, y) yra bendra akumuliatoriaus masė; x yra teigiamų baterijos plokščių skaičius; y – teigiamų plokščių kraštinių santykis (jo reikšmė lygi pločiui, padalytam iš ilgio, kaip parodyta 2 paveiksle); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 yra koeficientai, o jų reikšmės nustatomos pagal 26 parametrus, susijusius su akumuliatoriaus talpa, medžiagų sistema ir apdirbimo technologijos lygiu, žr. 2 lentelę. Nustačius 2 lentelės parametrus , kiekvienas koeficientas Tada nustatoma, kad ryšys tarp 26 parametrų ir k1, k2, k3, k4, k5, k6 ir k7 yra labai paprastas, tačiau išvedimo procesas yra labai sudėtingas. Matematiškai išvedant skelbimą (5), pakoregavus teigiamų plokščių skaičių ir teigiamų plokščių kraštinių santykį, galima gauti mažiausią akumuliatoriaus kokybę, kurią galima pasiekti modelio konstrukcija.

nuotrauka

2 pav. Laminuoto akumuliatoriaus ilgio ir pločio schema

2 lentelė Laminuotų elementų projektavimo parametrai

nuotrauka

2 lentelėje konkreti reikšmė yra tikroji 50.3Ah talpos akumuliatoriaus parametro vertė. Atitinkami parametrai nustato, kad k1, k2, k3, k4, k5, k6 ir k7 yra atitinkamai 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609. , x yra 21, y yra 1.97006 (teigiamo elektrodo plotis 329 mln., o ilgis 167 mm). Po optimizavimo, kai teigiamo elektrodo skaičius yra 51, akumuliatoriaus kokybė yra mažiausia.