TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech un citas komandas būtībā ir sasniegušas 300 Wh/kg jaudas akumulatoru izpēti un izstrādi. Turklāt joprojām ir liels skaits vienību, kas veic saistītu izstrādes un pētniecības darbu.

Elastīgā iepakojuma litija jonu akumulatoru sastāvā parasti ir pozitīvi elektrodi, negatīvie elektrodi, separatori, elektrolīti un citi nepieciešamie palīgmateriāli, piemēram, cilpas, lentes un alumīnija plastmasas. Atbilstoši diskusijas vajadzībām šī darba autore iedala mīkstā litija jonu akumulatorā esošās vielas divās kategorijās: polu vienības un enerģiju nedodošā materiāla kombinācija. Pola bloka vienība attiecas uz pozitīvo elektrodu plus negatīvo elektrodu, un visus pozitīvos elektrodus un Negatīvo elektrodu var uzskatīt par polu vienību kombināciju, kas sastāv no vairākām polu vienībām; enerģētiskās vielas, kas nedod enerģiju, attiecas uz visām pārējām vielām, izņemot polu vienību kombinācijas, piemēram, diafragmas, elektrolītus, polu uzgaļus, alumīnija plastmasu, aizsarglentes un galus. lente utt. Parastajiem LiMO 2 (M = Co, Ni un Ni-Co-Mn uc)/oglekļa sistēmas litija jonu akumulatoriem polu vienību kombinācija nosaka akumulatora jaudu un enerģiju.

Šobrīd, lai sasniegtu mērķi 300Wh/kg akumulatora masas īpatnējās enerģijas, galvenās metodes ietver:

(1) Izvēlieties lielas ietilpības materiālu sistēmu, pozitīvais elektrods ir izgatavots no trīskāršā niķeļa daudzuma, bet negatīvais elektrods ir izgatavots no silīcija oglekļa;

(2) Izstrādājiet augstsprieguma elektrolītu, lai uzlabotu uzlādes atslēgšanas spriegumu;

(3) Optimizēt pozitīvā un negatīvā elektrodu vircas sastāvu un palielināt aktīvās vielas īpatsvaru elektrodā;

(4) Izmantojiet plānāku vara foliju un alumīnija foliju, lai samazinātu strāvas kolektoru īpatsvaru;

(5) Palieliniet pozitīvo un negatīvo elektrodu pārklājuma daudzumu un palieliniet aktīvo materiālu īpatsvaru elektrodos;

(6) kontrolēt elektrolīta daudzumu, samazināt elektrolīta daudzumu un palielināt litija jonu akumulatoru īpatnējo enerģiju;

(7) Optimizējiet akumulatora struktūru un samaziniet cilpiņu un iepakojuma materiālu īpatsvaru akumulatorā.

Starp trim cilindriskā, kvadrātveida cietā apvalka un mīksta iepakojuma laminētas loksnes akumulatoriem, mīkstā iepakojuma akumulatoram ir elastīgas konstrukcijas īpašības, viegls svars, zema iekšējā pretestība, nav viegli eksplodēt, daudz ciklu un īpatnējā enerģija. Arī akumulatora veiktspēja ir izcila. Tāpēc laminētais mīksta iepakojuma jaudas litija jonu akumulators šobrīd ir aktuāls pētniecības temats. Laminētas mīkstās jaudas litija jonu akumulatora modeļa izstrādes procesā galvenos mainīgos lielumus var iedalīt šādos sešos aspektos. Var uzskatīt, ka pirmos trīs nosaka elektroķīmiskās sistēmas līmenis un projektēšanas noteikumi, un pēdējie trīs parasti ir modeļa dizains. interesējošos mainīgos.

(1) pozitīvo un negatīvo elektrodu materiāli un preparāti;

(2) pozitīvo un negatīvo elektrodu blīvēšanas blīvums;

(3) Negatīvās elektroda kapacitātes (N) attiecība pret pozitīvo elektrodu kapacitāti (P) (N/P);

(4) stabu vienību skaits (vienāds ar pozitīvo stabu skaitu);

(5) Pozitīvs elektrodu pārklājuma daudzums (pamatojoties uz N/P noteikšanu, vispirms nosaka pozitīvā elektroda pārklājuma daudzumu un pēc tam nosaka negatīvā elektroda pārklājuma daudzumu);

(6) Viena pozitīvā elektroda vienpusējais laukums (nosaka pēc pozitīvā elektroda garuma un platuma, kad nosaka pozitīvā elektroda garumu un platumu, nosaka arī negatīvā elektroda izmēru, un var noteikt šūnas izmēru).

Pirmkārt, saskaņā ar literatūru [1], polu vienību skaita, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzuma un viena pozitīvā elektroda gabala vienas puses laukuma ietekme uz īpatnējo enerģiju un enerģijas blīvumu. akumulators tiek apspriests. Akumulatora īpatnējo enerģiju (ES) var izteikt ar vienādojumu (1).

bilde

Formulā (1): x ir akumulatorā esošo pozitīvo elektrodu skaits; y ir pozitīvā elektroda pārklājuma daudzums, kg/m2; z ir viena pozitīva elektroda vienpusējais laukums, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) ir enerģija, ko var dot pola vienība, Wh, aprēķina formula ir parādīta formulā (2).

bilde

Formulā (2): DAV ir vidējais izlādes spriegums, V; PC ir pozitīvā elektroda aktīvā materiāla masas attiecība pret pozitīvā elektroda aktīvā materiāla kopējo masu plus vadošā viela un saistviela, %; SCC ir pozitīvā elektroda aktīvā materiāla īpatnējā ietilpība, Ah / kg; m(y, z) ir staba vienības masa, kg, un aprēķina formula ir parādīta formulā (3).

bilde

Formulā (3): KCT ir monolītā pozitīvā elektroda kopējā laukuma (pārklājuma laukuma un cilnes folijas laukuma summa) attiecība pret monolītā pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu, un ir lielāks par 1; TAL ir alumīnija strāvas kolektora biezums, m; ρAl ir alumīnija strāvas kolektora blīvums, kg/m3; KA ir katra negatīvā elektroda kopējā laukuma attiecība pret viena pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu, un tā ir lielāka par 1; TCu ir vara strāvas kolektora biezums, m; ρCu ir vara strāvas kolektors. Blīvums, kg/m3; N/P ir negatīvās elektroda kapacitātes attiecība pret pozitīvo elektrodu kapacitāti; PA ir negatīvā elektroda aktīvā materiāla masas attiecība pret kopējo negatīvā elektroda aktīvā materiāla masu plus vadošais aģents un saistviela, %; SCA ir negatīvā elektroda aktīvā materiāla kapacitātes attiecība, Ah/kg. M(x, y, z) ir enerģiju nedodošās vielas masa, kg, aprēķina formula parādīta formulā (4)

bilde

Formulā (4): kAP ir alumīnija un plastmasas laukuma attiecība pret viena pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu un ir lielāka par 1; SDAP ir alumīnija-plastmasas blīvums, kg/m2; mTab ir pozitīvo un negatīvo elektrodu kopējā masa, ko var redzēt no konstantes; mTape ir lentes kopējā masa, ko var uzskatīt par konstantu; kS ir atdalītāja kopējās platības attiecība pret pozitīvā elektroda loksnes kopējo laukumu, un tā ir lielāka par 1; SDS ir separatora platības blīvums, kg/m2; kE ir elektrolīta un akumulatora masa. Jaudas attiecība, koeficients ir pozitīvs skaitlis. Saskaņā ar to var secināt, ka jebkura viena faktora x, y un z palielināšana palielinās akumulatora īpatnējo enerģiju.

Lai izpētītu polu vienību skaita, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzuma un viena pozitīvā elektroda vienpusējā laukuma ietekmes uz akumulatora īpatnējo enerģiju un enerģijas blīvumu, elektroķīmisko vielu. sistēma un projektēšanas noteikumi (tas ir, lai noteiktu elektrodu materiālu un formulu, blīvēšanas blīvumu un N/P utt.), un pēc tam ortogonāli apvienojiet katru trīs faktoru līmeni, piemēram, polu vienību skaitu, pozitīvā elektroda pārklājums un viena pozitīvā elektroda gabala vienpusējais laukums, lai salīdzinātu noteiktas grupas noteikto elektrodu materiālu, un diapazona analīze tika veikta, pamatojoties uz aprēķināto akumulatora īpatnējo enerģiju un enerģijas blīvumu, pamatojoties uz formula, saspiestais blīvums un N/P. Ortogonālās konstrukcijas un aprēķinu rezultāti ir parādīti 1. tabulā. Ortogonālās konstrukcijas rezultāti tika analizēti, izmantojot diapazona metodi, un rezultāti parādīti 1. attēlā. Akumulatora īpatnējā enerģija un enerģijas blīvums palielinās monotoni līdz ar polu vienību skaitu. , pozitīvā elektroda pārklājuma daudzums un viengabala pozitīvā elektroda vienpusējais laukums. Starp trim faktoriem, kas saistīti ar polu vienību skaitu, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzumu un viena pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzumam ir visnozīmīgākā ietekme uz elektroda īpatnējo enerģiju. akumulators; No trim vienpusējā laukuma faktoriem monolītā katoda vienpusējais laukums visvairāk ietekmē akumulatora enerģijas blīvumu.

bilde

bilde

No 1.a attēla redzams, ka akumulatora īpatnējā enerģija monotoni palielinās līdz ar polu vienību skaitu, katoda pārklājuma daudzumu un viengabala katoda vienpusējo laukumu, kas pārbauda teorētiskā analīze iepriekšējā daļā; nozīmīgākais faktors, kas ietekmē akumulatora īpatnējo enerģiju, ir pozitīvs pārklājuma daudzums. No 1.b attēla redzams, ka akumulatora enerģijas blīvums monotoni palielinās līdz ar polu vienību skaitu, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzumu un viena pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu, kas arī pārbauda pareizību. iepriekšējās teorētiskās analīzes; nozīmīgākais faktors, kas ietekmē akumulatora enerģijas blīvumu, ir monolītā pozitīvā elektroda vienpusējais laukums. Saskaņā ar iepriekš minēto analīzi, lai uzlabotu akumulatora īpatnējo enerģiju, galvenais ir pēc iespējas palielināt pozitīvā elektroda pārklājuma daudzumu. Pēc pozitīvā elektroda pārklājuma daudzuma pieļaujamās augšējās robežas noteikšanas noregulējiet atlikušos faktoru līmeņus, lai sasniegtu klienta prasības; Akumulatora enerģijas blīvumam ir svarīgi pēc iespējas palielināt monolītā pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu. Pēc monolīta pozitīvā elektroda vienpusējā laukuma pieļaujamās augšējās robežas noteikšanas noregulējiet atlikušos faktoru līmeņus, lai tie atbilstu klienta prasībām.

Saskaņā ar to var secināt, ka akumulatora īpatnējā enerģija un enerģijas blīvums monotoni palielinās līdz ar polu vienību skaitu, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzumu un viena pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu. Starp trim faktoriem, kas saistīti ar polu vienību skaitu, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzumu un viena pozitīvā elektroda vienpusējo laukumu, pozitīvā elektroda pārklājuma daudzuma ietekme uz akumulatora īpatnējo enerģiju ir nozīmīgākais; No trim vienpusējā laukuma faktoriem monolītā katoda vienpusējais laukums visvairāk ietekmē akumulatora enerģijas blīvumu.

Pēc tam saskaņā ar literatūru [2] tiek apspriests, kā minimizēt akumulatora kvalitāti, kad nepieciešama tikai akumulatora jauda, ​​kā arī akumulatora izmērs un citi darbības rādītāji nav nepieciešami noteiktā materiālu sistēmā un apstrādes tehnoloģijā. līmenī. Akumulatora kvalitātes aprēķins ar pozitīvo plākšņu skaitu un pozitīvo plākšņu malu attiecību kā neatkarīgiem mainīgajiem ir parādīts formulā (5).

bilde

Formulā (5) M(x, y) ir akumulatora kopējā masa; x ir pozitīvo plākšņu skaits akumulatorā; y ir pozitīvo plākšņu malu attiecība (tās vērtība ir vienāda ar platumu, kas dalīts ar garumu, kā parādīts 2. attēlā); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 ir koeficienti, un to vērtības nosaka 26 parametri, kas saistīti ar akumulatora ietilpību, materiālu sistēmu un apstrādes tehnoloģijas līmeni, skatīt 2. tabulu. Pēc tam, kad ir noteikti 2. tabulā norādītie parametri. , katrs koeficients Pēc tam tiek noteikts, ka attiecība starp 26 parametriem un k1, k2, k3, k4, k5, k6 un k7 ir ļoti vienkārša, taču atvasināšanas process ir ļoti apgrūtinošs. Matemātiski atvasinot paziņojumu (5), pielāgojot pozitīvo plākšņu skaitu un pozitīvo plākšņu malu attiecību, var iegūt minimālo akumulatora kvalitāti, ko var sasniegt ar modeļa dizainu.

bilde

2. attēls Laminētā akumulatora garuma un platuma shematiska diagramma

2. tabula Laminēto šūnu konstrukcijas parametri

bilde

2. tabulā konkrētā vērtība ir 50.3Ah akumulatora jaudas faktiskā parametra vērtība. Attiecīgie parametri nosaka, ka k1, k2, k3, k4, k5, k6 un k7 ir attiecīgi 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609. , x ir 21, y ir 1.97006 (pozitīvā elektroda platums ir 329 milj., garums 167 mm). Pēc optimizācijas, kad pozitīvo elektrodu skaits ir 51, akumulatora kvalitāte ir vismazākā.