TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech болон бусад баг 300 Вт/кг хүчин чадалтай батерейны судалгаа, хөгжүүлэлтийг үндсэндээ хийж чадсан. Нэмж дурдахад холбогдох хөгжүүлэлт, судалгааны ажлыг гүйцэтгэдэг олон тооны нэгжүүд байсаар байна.

Уян хатан савлагааны лити-ион батерейны найрлагад ихэвчлэн эерэг электродууд, сөрөг электродууд, тусгаарлагч, электролитууд болон бусад шаардлагатай туслах материалууд, тухайлбал таб, тууз, хөнгөн цагаан хуванцар орно. Хэлэлцүүлгийн хэрэгцээ шаардлагад нийцүүлэн энэхүү нийтлэлийн зохиогч зөөлөн савлагаатай лити-ион батерейнд агуулагдах бодисуудыг туйлын хэсэг болон эрчим хүч ялгаруулдаггүй материал гэсэн хоёр ангилалд хуваадаг. Туйл хэсгийн нэгж нь эерэг электрод дээр нэмэх нь сөрөг электродыг хэлдэг бөгөөд бүх эерэг электродууд ба сөрөг электродыг хэд хэдэн туйлын хэсгүүдээс бүрдсэн туйлын хэсгүүдийн нэгдэл гэж үзэж болно; хувь нэмэр оруулдаггүй энергийн бодисууд нь диафрагм, электролит, шонгийн чих, хөнгөн цагаан хуванцар, хамгаалалтын тууз, төгсгөл зэрэг туйлын хэсгүүдийн хослолоос бусад бүх бодисыг хэлнэ. соронзон хальс гэх мэт. Түгээмэл LiMO 2 (M = Co, Ni болон Ni-Co-Mn гэх мэт)/нүүрстөрөгчийн системийн ли-ион батерейны хувьд туйлын хэсгүүдийн хослол нь зайны хүчин чадал, энергийг тодорхойлдог.

Одоогийн байдлаар 300Втц/кг батерейны тодорхой эрчим хүчний зорилгод хүрэхийн тулд дараахь үндсэн аргууд орно.

(1) Өндөр хүчин чадалтай материалын системийг сонгох, эерэг электрод нь өндөр никель гурвалжин, сөрөг электрод нь цахиурын нүүрстөрөгчөөр хийгдсэн;

(2) Цэнэглэх таслах хүчдэлийг сайжруулахын тулд өндөр хүчдэлийн электролитийг зохион бүтээх;

(3) Эерэг ба сөрөг электродын зутангийн найрлагыг оновчтой болгож, электрод дахь идэвхтэй материалын эзлэх хувийг нэмэгдүүлэх;

(4) Гүйдлийн коллекторын эзлэх хувийг багасгахын тулд нимгэн зэс тугалган цаас, хөнгөн цагаан тугалган цаас ашиглах;

(5) Эерэг ба сөрөг электродын бүрэх хэмжээг нэмэгдүүлж, электрод дахь идэвхтэй материалын эзлэх хувийг нэмэгдүүлэх;

(6) Электролитийн хэмжээг хянах, электролитийн хэмжээг багасгах, лити-ион батерейны хувийн энергийг нэмэгдүүлэх;

(7) Батерейны бүтцийг оновчтой болгож, батерей дахь хавтас болон савлагааны материалын эзлэх хувийг бууруулна.

Цилиндр хэлбэртэй, дөрвөлжин хатуу бүрхүүл, зөөлөн хавтастай хавтастай гурван төрлийн батерейны дотроос зөөлөн савлагаатай батерей нь уян хатан загвартай, хөнгөн жинтэй, дотоод эсэргүүцэл багатай, тэсэрч дэлбэрэх нь тийм ч хялбар биш, олон мөчлөгтэй, тодорхой энергитэй байдаг. батерейны гүйцэтгэл бас гайхалтай. Тиймээс ламинатан зөөлөн савлагаатай хүчирхэг лити-ион батерей нь одоогоор судалгааны халуун сэдэв болж байна. Ламинат зөөлөн савлагаатай хүчирхэг лити-ион батерейны загвар дизайны үйл явцад үндсэн хувьсагчдыг дараах зургаан зүйлд хувааж болно. Эхний гурвыг цахилгаан химийн системийн түвшин, дизайны дүрмээр тодорхойлсон гэж үзэж болох бөгөөд сүүлийн гурав нь ихэвчлэн загварын загвар юм. сонирхлын хувьсагчид.

(1) Эерэг ба сөрөг электродын материал ба найрлага;

(2) Эерэг ба сөрөг электродын нягтралын нягт;

(3) Сөрөг электродын багтаамж (N) ба эерэг электродын багтаамж (P) (N/P);

(4) Туйлны хэсгүүдийн тоо (эерэг туйлын хэсгүүдийн тоотой тэнцүү);

(5) Эерэг электродын бүрэх хэмжээ (N/P тодорхойлох үндсэн дээр эхлээд эерэг электродын бүрэх хэмжээг тодорхойлж, дараа нь сөрөг электродын бүрэх хэмжээг тодорхойлно);

(6) Нэг эерэг электродын нэг талт талбай (эерэг электродын урт ба өргөнөөр тодорхойлогддог, эерэг электродын урт ба өргөнийг тодорхойлоход сөрөг электродын хэмжээг мөн тодорхойлно. эсийн хэмжээг тодорхойлж болно).

Нэгдүгээрт, уран зохиолын дагуу [1], туйлын нэгжийн тоо, эерэг электродын бүрээсийн хэмжээ, нэг хэсэг эерэг электродын нэг талын талбайн тодорхой энерги, энергийн нягтралд үзүүлэх нөлөө. батерейны талаар ярилцаж байна. Зайны хувийн энергийг (1) тэгшитгэлээр илэрхийлж болно.

зураг

Томъёо (1): x нь зайнд агуулагдах эерэг электродын тоо; y – эерэг электродын бүрэх хэмжээ, кг / м2; z нь нэг эерэг электродын нэг талт талбай, м2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) нь туйлын нэгжийн оруулж чадах энерги Wh, тооцооны томъёог (2) томъёонд үзүүлэв.

зураг

Томъёогоор (2): DAV нь цэнэгийн дундаж хүчдэл, V; PC нь эерэг электродын идэвхтэй материалын массын эерэг электродын идэвхтэй материалын нийт массыг дамжуулагч бодис ба холбогчтой харьцуулсан харьцаа,%; SCC нь эерэг электродын идэвхтэй материалын тодорхой хүчин чадал, Ah / кг; m(y, z) нь туйлын нэгжийн масс, кг бөгөөд тооцооны томъёог (3) томъёонд үзүүлэв.

зураг

Томъёо (3): KCT нь цул эерэг электродын нийт талбайг (бүрхүүлгийн талбай ба тугалган цаасны талбайн нийлбэр) цул эерэг электродын нэг талт талбайтай харьцуулсан харьцаа юм. 1-ээс их; TAl нь хөнгөн цагааны гүйдлийн коллекторын зузаан, м; ρAl – хөнгөн цагааны гүйдлийн коллекторын нягт, кг / м3; KA нь сөрөг электрод бүрийн нийт талбайг нэг эерэг электродын нэг талт талбайтай харьцуулсан харьцаа бөгөөд 1-ээс их байна; TCu – зэсийн гүйдлийн коллекторын зузаан, м; ρCu нь зэсийн гүйдлийн коллектор юм. Нягт, кг/м3; N/P нь сөрөг электродын багтаамжийг эерэг электродын багтаамжтай харьцуулсан харьцаа; PA нь сөрөг электродын идэвхтэй материалын массын сөрөг электродын идэвхтэй материалын нийт массыг дамжуулагч бодис ба холбогчтой харьцуулсан харьцаа, %; SCA нь сөрөг электродын идэвхтэй материалын харьцаа юм Хүчин чадал, Ах/кг. M(x, y, z) нь энерги үүсгэдэггүй бодисын масс кг, тооцооны томьёог (4) томъёонд үзүүлэв.

зураг

Томъёо (4): kAP нь хөнгөн цагаан-хуванцар талбайн нэг эерэг электродын нэг талт талбайн харьцаа бөгөөд 1-ээс их байна; SDAP нь хөнгөн цагаан-хуванцарын талбайн нягтрал, кг / м2; mTab нь эерэг ба сөрөг электродын нийт масс бөгөөд үүнийг тогтмол хэмжээнээс харж болно; mTape нь соронзон хальсны нийт масс бөгөөд үүнийг тогтмол гэж үзэж болно; kS нь тусгаарлагчийн нийт талбайн эерэг электродын хуудасны нийт талбайн харьцаа бөгөөд 1-ээс их байна; SDS нь тусгаарлагчийн талбайн нягт, кг / м2; kE нь электролит ба батерейны масс Хүчин чадлын харьцаа, коэффициент нь эерэг тоо юм. Үүнээс үзэхэд x, y, z-ийн аль нэг хүчин зүйл нэмэгдэхэд батарейны хувийн энерги нэмэгдэнэ гэж дүгнэж болно.

Батерейны тодорхой энерги, энергийн нягтралд туйлын нэгжийн тоо, эерэг электродын бүрэх хэмжээ, нэг эерэг электродын нэг талт талбайн нөлөөллийн ач холбогдлыг судлахын тулд цахилгаан химийн систем ба дизайны дүрмүүд (өөрөөр хэлбэл электродын материал ба томъёог тодорхойлох, Нягтруулах нягт ба N/P гэх мэт), дараа нь туйлын нэгжийн тоо, хэмжээ гэх мэт гурван хүчин зүйлийн түвшин тус бүрийг ортогональ байдлаар нэгтгэнэ. эерэг электродын бүрээс, нэг хэсэг эерэг электродын нэг талт талбай, тодорхой бүлэгт тодорхойлсон электродын материалыг харьцуулахын тулд батерейны тодорхой эрчим хүч, эрчим хүчний нягтыг тооцоолсон зайд дүн шинжилгээ хийсэн. томъёо, нягтруулсан нягт ба N/P. Ортогональ загвар болон тооцооны үр дүнг Хүснэгт 1-д үзүүлэв.Ортогональ дизайны үр дүнг мужын аргаар шинжилж, үр дүнг Зураг 1-д үзүүлэв. Батарейны хувийн энерги болон эрчим хүчний нягтрал нь туйлын нэгжийн тоогоор нэг хэвийн өсдөг. , эерэг электродын бүрхүүлийн хэмжээ, нэг хэсэг эерэг электродын нэг талт талбай. Туйл хэсгүүдийн тоо, эерэг электродын бүрээсийн хэмжээ, нэг эерэг электродын нэг талт талбай гэсэн гурван хүчин зүйлийн дотроос эерэг электродын бүрхүүлийн хэмжээ нь цахилгааны хувийн энергид хамгийн их нөлөөлдөг. зай; Нэг талт талбайн гурван хүчин зүйлийн дотроос цул катодын нэг талт талбай нь батерейны эрчим хүчний нягтралд хамгийн их нөлөө үзүүлдэг.

зураг

зураг

Зураг 1а-аас харахад батерейны хувийн энерги нь туйлын нэгжийн тоо, катодын бүрээсийн хэмжээ, нэг хэсэг катодын нэг талт талбайн хэмжээгээр монотон нэмэгдэж байгаа нь зөв эсэхийг баталгаажуулдаг. өмнөх хэсэгт онолын дүн шинжилгээ хийх; Зайны тодорхой энергид нөлөөлдөг хамгийн чухал хүчин зүйл бол эерэг бүрхүүлийн хэмжээ юм. Зураг 1b-аас харахад батерейны энергийн нягтрал нь туйлын нэгжийн тоо, эерэг электродын бүрээсийн хэмжээ, нэг эерэг электродын нэг талт талбайн хэмжээгээр нэмэгдэж байгаа нь зөв эсэхийг баталгаажуулдаг. өмнөх онолын дүн шинжилгээ; батерейны эрчим хүчний нягтралд нөлөөлдөг хамгийн чухал хүчин зүйл бол цул эерэг электродын нэг талт хэсэг юм. Дээрх шинжилгээнээс харахад батерейны хувийн энергийг сайжруулахын тулд электродын эерэг бүрхүүлийн хэмжээг аль болох нэмэгдүүлэх нь чухал юм. Эерэг электродын бүрэх хэмжээг зөвшөөрөгдөх дээд хязгаарыг тодорхойлсны дараа хэрэглэгчийн шаардлагад хүрэхийн тулд үлдсэн хүчин зүйлийн түвшинг тохируулах; Батерейны эрчим хүчний нягтралын хувьд цул эерэг электродын нэг талт талбайг аль болох нэмэгдүүлэх нь чухал юм. Цул эерэг электродын нэг талт талбайн зөвшөөрөгдөх дээд хязгаарыг тодорхойлсны дараа хэрэглэгчийн шаардлагад нийцүүлэн үлдсэн хүчин зүйлийн түвшинг тохируулна.

Үүнээс үзэхэд батерейны тодорхой эрчим хүч, эрчим хүчний нягтрал нь туйлын нэгжийн тоо, эерэг электродын бүрээсийн хэмжээ, нэг эерэг электродын нэг талт талбайн хэмжээ зэргээс шалтгаалан монотоноор нэмэгддэг гэж дүгнэж болно. Туйл хэсгүүдийн тоо, эерэг электродын бүрээсийн хэмжээ, нэг эерэг электродын нэг талт талбай гэсэн гурван хүчин зүйлийн дунд эерэг электродын бүрээсийн хэмжээ нь батерейны хувийн энергид үзүүлэх нөлөөлөл юм. хамгийн чухал; Нэг талт талбайн гурван хүчин зүйлийн дотроос цул катодын нэг талт талбай нь батерейны эрчим хүчний нягтралд хамгийн их нөлөө үзүүлдэг.

Дараа нь уран зохиолын [2] дагуу зөвхөн батерейны багтаамж шаардлагатай, батерейны хэмжээ болон бусад гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүдийг тодорхойлсон материалын систем, боловсруулалтын технологийн дагуу ашиглах шаардлагагүй үед батерейны чанарыг хэрхэн бууруулах талаар ярилцсан болно. түвшин. Батерейны чанарыг эерэг хавтангийн тоо ба эерэг хавтангийн харьцааг бие даасан хувьсах хэмжигдэхүүнээр тооцоолохыг томъёо (5) дээр үзүүлэв.

зураг

Томъёогоор (5) M(x, y) нь зайны нийт масс; x – зай дахь эерэг хавтангийн тоо; y нь эерэг ялтсуудын харьцаа (түүний утга нь 2-р зурагт үзүүлсэн шиг уртаар хуваагдсан өргөнтэй тэнцүү); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 нь коэффициент бөгөөд тэдгээрийн утгыг батерейны хүчин чадал, материалын систем, боловсруулах технологийн түвшинтэй холбоотой 26 параметрээр тодорхойлно. Хүснэгт 2-ыг үзнэ үү. Хүснэгт 2-ын параметрүүдийг тодорхойлно. , коэффициент бүр Дараа нь 26 параметр болон k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7-ийн хоорондын хамаарал нь маш энгийн боловч гарган авах үйл явц нь маш төвөгтэй болохыг тодорхойлдог. Зар (5)-ийг математикийн аргаар гаргаснаар эерэг хавтангийн тоо болон эерэг хавтангийн харьцааг тохируулснаар загварын дизайны үр дүнд хүрч болох хамгийн бага зайны чанарыг олж авах боломжтой.

зураг

Зураг 2 Ламинат батерейны урт ба өргөний бүдүүвч диаграмм

Хүснэгт 2 Давхардсан эсийн дизайны параметрүүд

зураг

Хүснэгт 2-т тодорхой утга нь 50.3Ah хүчин чадалтай батерейны бодит параметрийн утга юм. Холбогдох параметрүүд нь k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 нь 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 байна. , x нь 21, y нь 1.97006 (эерэг электродын өргөн нь 329 сая, урт нь 167 мм). Оновчлолын дараа эерэг электродын тоо 51 байх үед батерейны чанар хамгийн бага байна.