TianJinlishen, Guoxuan हाय-टेक आणि इतर संघांनी मुळात 300 Wh/kg पॉवर बॅटरीचे संशोधन आणि विकास साधला आहे. याव्यतिरिक्त, संबंधित विकास आणि संशोधन कार्य पार पाडत असलेल्या मोठ्या संख्येने युनिट्स अजूनही आहेत.

लवचिक पॅकेजिंग लिथियम-आयन बॅटरीच्या रचनेमध्ये सामान्यतः सकारात्मक इलेक्ट्रोड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड, विभाजक, इलेक्ट्रोलाइट्स आणि इतर आवश्यक सहाय्यक साहित्य जसे की टॅब, टेप आणि अॅल्युमिनियम प्लास्टिक यांचा समावेश होतो. चर्चेच्या गरजांनुसार, या पेपरच्या लेखकाने सॉफ्ट-पॅक लिथियम-आयन बॅटरीमधील पदार्थ दोन श्रेणींमध्ये विभागले आहेत: पोल पीस युनिटचे संयोजन आणि ऊर्जा-योगदान न देणारी सामग्री. पोल पीस युनिट म्हणजे पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड अधिक नकारात्मक इलेक्ट्रोड, आणि सर्व पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड हे अनेक पोल पीस युनिट्सचे बनलेले पोल पीस युनिट्सचे संयोजन म्हणून ओळखले जाऊ शकते; नॉन-कंट्रिब्युटींग एनर्जी पदार्थ म्हणजे पोल पीस युनिट्स, जसे की डायाफ्राम, इलेक्ट्रोलाइट्स, पोल लग्स, अॅल्युमिनियम प्लास्टिक, संरक्षक टेप आणि टर्मिनेशन्सचे संयोजन वगळता इतर सर्व पदार्थांचा संदर्भ. टेप इ. सामान्य LiMO 2 (M = Co, Ni आणि Ni-Co-Mn, इ.)/कार्बन सिस्टम Li-ion बॅटरीसाठी, पोल पीस युनिट्सचे संयोजन बॅटरीची क्षमता आणि ऊर्जा निर्धारित करते.

सध्या, 300Wh/kg बॅटरी वस्तुमान विशिष्ट उर्जेचे उद्दिष्ट साध्य करण्यासाठी, मुख्य पद्धतींमध्ये हे समाविष्ट आहे:

(1) उच्च-क्षमतेची सामग्री प्रणाली निवडा, सकारात्मक इलेक्ट्रोड उच्च निकेल टर्नरीपासून बनलेला आहे आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड सिलिकॉन कार्बनचा बनलेला आहे;

(2) चार्ज कट-ऑफ व्होल्टेज सुधारण्यासाठी उच्च-व्होल्टेज इलेक्ट्रोलाइट डिझाइन करा;

(3) सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरीचे फॉर्म्युलेशन ऑप्टिमाइझ करा आणि इलेक्ट्रोडमध्ये सक्रिय सामग्रीचे प्रमाण वाढवा;

(4) वर्तमान कलेक्टर्सचे प्रमाण कमी करण्यासाठी पातळ तांबे फॉइल आणि अॅल्युमिनियम फॉइल वापरा;

(5) सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या कोटिंगचे प्रमाण वाढवा आणि इलेक्ट्रोड्समध्ये सक्रिय पदार्थांचे प्रमाण वाढवा;

(6) इलेक्ट्रोलाइटचे प्रमाण नियंत्रित करा, इलेक्ट्रोलाइटचे प्रमाण कमी करा आणि लिथियम-आयन बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा वाढवा;

(7) बॅटरीची रचना ऑप्टिमाइझ करा आणि बॅटरीमधील टॅब आणि पॅकेजिंग सामग्रीचे प्रमाण कमी करा.

दंडगोलाकार, चौरस हार्ड शेल आणि सॉफ्ट-पॅक लॅमिनेटेड शीटच्या तीन बॅटरी प्रकारांपैकी, सॉफ्ट-पॅक बॅटरीमध्ये लवचिक डिझाइन, हलके वजन, कमी अंतर्गत प्रतिकार, विस्फोट करणे सोपे नाही आणि अनेक चक्रे आणि विशिष्ट ऊर्जा ही वैशिष्ट्ये आहेत. बॅटरीची कार्यक्षमता देखील उत्कृष्ट आहे. त्यामुळे, लॅमिनेटेड सॉफ्ट-पॅक पॉवर लिथियम-आयन बॅटरी हा सध्या चर्चेचा विषय आहे. लॅमिनेटेड सॉफ्ट-पॅक पॉवर लिथियम-आयन बॅटरीच्या मॉडेल डिझाइन प्रक्रियेत, मुख्य व्हेरिएबल्स खालील सहा पैलूंमध्ये विभागले जाऊ शकतात. पहिले तीन इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम आणि डिझाइन नियमांच्या पातळीनुसार निर्धारित केले जाऊ शकतात आणि नंतरचे तीन सहसा मॉडेल डिझाइन असतात. व्याजाचे चल.

(1) सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड साहित्य आणि फॉर्म्युलेशन;

(2) सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडची कॉम्पॅक्शन घनता;

(३) नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता (N) ते सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता (P) (N/P) चे गुणोत्तर;

(4) पोल पीस युनिट्सची संख्या (सकारात्मक ध्रुव तुकड्यांच्या संख्येइतकी);

(5) पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगची रक्कम (N/P निर्धाराच्या आधारावर, प्रथम पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगची रक्कम निश्चित करा आणि नंतर नकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंगची रक्कम निश्चित करा);

(६) एकल पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकतर्फी क्षेत्र (सकारात्मक इलेक्ट्रोडची लांबी आणि रुंदी द्वारे निर्धारित केले जाते, जेव्हा सकारात्मक इलेक्ट्रोडची लांबी आणि रुंदी निर्धारित केली जाते, तेव्हा नकारात्मक इलेक्ट्रोडचा आकार देखील निर्धारित केला जातो, आणि सेलचा आकार निश्चित केला जाऊ शकतो).

प्रथम, साहित्यानुसार [१], पॉल पीस युनिट्सच्या संख्येचा प्रभाव, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण आणि पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या एका तुकड्याचे एकल-बाजूचे क्षेत्र विशिष्ट ऊर्जा आणि ऊर्जा घनतेवर. बॅटरीवर चर्चा केली आहे. बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा (ES) समीकरण (1) द्वारे व्यक्त केली जाऊ शकते.

चित्र

सूत्रामध्ये (1): x ही बॅटरीमध्ये असलेल्या सकारात्मक इलेक्ट्रोडची संख्या आहे; y ही पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडची कोटिंग रक्कम आहे, kg/m2; z हे सिंगल पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकतर्फी क्षेत्र आहे, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) ही ऊर्जा आहे जी पोल पीस युनिट योगदान देऊ शकते, Wh, गणना सूत्र सूत्र (2) मध्ये दर्शविली आहे.

चित्र

सूत्र (2) मध्ये: DAV सरासरी डिस्चार्ज व्होल्टेज आहे, V; PC हे पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड सक्रिय पदार्थाच्या वस्तुमानाचे गुणोत्तर आणि पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड सक्रिय पदार्थाच्या एकूण वस्तुमान अधिक प्रवाहकीय घटक आणि बाईंडर, %; एससीसी ही सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रीची विशिष्ट क्षमता आहे, आह / किलो; m(y, z) हे एका ध्रुव तुकड्याच्या युनिटचे वस्तुमान आहे, kg आणि गणना सूत्र सूत्र (3) मध्ये दाखवले आहे.

चित्र

सूत्रामध्ये (३): KCT हे मोनोलिथिक पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या एकूण क्षेत्रफळाचे (कोटिंग क्षेत्र आणि टॅब फॉइल क्षेत्राची बेरीज) मोनोलिथिक पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या एकतर्फी क्षेत्राचे गुणोत्तर आहे, आणि आहे 3 पेक्षा जास्त; TAL ही अॅल्युमिनियम करंट कलेक्टरची जाडी आहे, m; ρAl ही अॅल्युमिनियम करंट कलेक्टरची घनता आहे, kg/m1; KA हे प्रत्येक नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या एकूण क्षेत्रफळाचे एका सकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या एकतर्फी क्षेत्राचे गुणोत्तर आहे आणि 3 पेक्षा जास्त आहे; TCu ही तांबे वर्तमान कलेक्टरची जाडी आहे, m; ρCu हा तांबेचा वर्तमान संग्राहक आहे. घनता, kg/m1; N/P हे नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमतेचे सकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमतेचे गुणोत्तर आहे; PA हे नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रीचे एकूण वस्तुमान आणि प्रवाहकीय घटक आणि बाईंडरचे गुणोत्तर आहे, %; SCA हे ऋण इलेक्ट्रोड सक्रिय साहित्य क्षमता, Ah/kg चे गुणोत्तर आहे. म

चित्र

फॉर्म्युला (4) मध्ये: kAP हे अॅल्युमिनियम-प्लास्टिक क्षेत्राचे सिंगल पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या एकतर्फी क्षेत्राचे गुणोत्तर आहे आणि 1 पेक्षा जास्त आहे; SDAP ही अॅल्युमिनियम-प्लास्टिकची क्षेत्रीय घनता आहे, kg/m2; mTab हे सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडचे एकूण वस्तुमान आहे, जे स्थिर आहे वरून पाहिले जाऊ शकते; mTape हे टेपचे एकूण वस्तुमान आहे, ज्याला स्थिर मानता येते; kS हे विभाजकाचे एकूण क्षेत्रफळ आणि सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीटच्या एकूण क्षेत्रफळाचे गुणोत्तर आहे आणि 1 पेक्षा जास्त आहे; SDS ही विभाजकाची क्षेत्रीय घनता आहे, kg/m2; kE हे इलेक्ट्रोलाइट आणि बॅटरीचे वस्तुमान आहे क्षमतेचे गुणोत्तर, गुणांक ही सकारात्मक संख्या आहे. यानुसार, असा निष्कर्ष काढता येतो की x, y आणि z च्या कोणत्याही एका घटकाच्या वाढीमुळे बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा वाढते.

पॉल पीस युनिट्सच्या संख्येच्या प्रभावाचे महत्त्व अभ्यासण्यासाठी, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे कोटिंगचे प्रमाण आणि बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा आणि ऊर्जा घनतेवर एकल पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकतर्फी क्षेत्र, एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणाली आणि डिझाइन नियम (म्हणजे, इलेक्ट्रोड सामग्री आणि सूत्र, कॉम्पॅक्शन घनता आणि N/P, इ. निर्धारित करण्यासाठी), आणि नंतर ऑर्थोगोनीली तीन घटकांची प्रत्येक पातळी एकत्र करा, जसे की पोल पीस युनिट्सची संख्या, प्रमाण पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंग आणि पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या एका तुकड्याचे एकल-बाजूचे क्षेत्र, विशिष्ट गटाद्वारे निर्धारित केलेल्या इलेक्ट्रोड सामग्रीची तुलना करण्यासाठी आणि श्रेणीचे विश्लेषण गणना केलेल्या विशिष्ट ऊर्जा आणि बॅटरीच्या ऊर्जा घनतेवर आधारित होते. सूत्र, संक्षिप्त घनता आणि N/P. ऑर्थोगोनल डिझाइन आणि गणना परिणाम तक्ता 1 मध्ये दर्शविले आहेत. ऑर्थोगोनल डिझाइन परिणामांचे श्रेणी पद्धती वापरून विश्लेषण केले गेले, आणि परिणाम आकृती 1 मध्ये दर्शविलेले आहेत. बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा आणि उर्जा घनता पोल पीस युनिट्सच्या संख्येसह नीरसपणे वाढते. , पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण आणि सिंगल-पीस पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकतर्फी क्षेत्र. पोल पीस युनिट्सची संख्या, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण आणि एकल पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकतर्फी क्षेत्र या तीन घटकांपैकी, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण विशिष्ट उर्जेवर सर्वात लक्षणीय परिणाम करते. बॅटरी; च्या एकतर्फी क्षेत्राच्या तीन घटकांपैकी, मोनोलिथिक कॅथोडच्या एकतर्फी क्षेत्राचा बॅटरीच्या ऊर्जा घनतेवर सर्वात लक्षणीय प्रभाव पडतो.

चित्र

चित्र

आकृती 1a वरून असे दिसून येते की बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा पोल पीस युनिट्सची संख्या, कॅथोड कोटिंगचे प्रमाण आणि सिंगल-पीस कॅथोडचे एकल-बाजूचे क्षेत्रफळ यांद्वारे नीरसतेने वाढते, जे अचूकतेची पडताळणी करते. मागील भागात सैद्धांतिक विश्लेषण; बॅटरीच्या विशिष्ट ऊर्जेवर परिणाम करणारा सर्वात महत्त्वाचा घटक म्हणजे पॉझिटिव्ह कोटिंग रक्कम. आकृती 1b वरून असे दिसून येते की बॅटरीची उर्जा घनता पोल पीस युनिट्सची संख्या, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण आणि सिंगल पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकल बाजूचे क्षेत्रफळ यासह नीरसपणे वाढते, जे अचूकतेची देखील पडताळणी करते. मागील सैद्धांतिक विश्लेषणाचे; बॅटरी उर्जेच्या घनतेवर परिणाम करणारा सर्वात महत्त्वाचा घटक म्हणजे मोनोलिथिक पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकल-बाजूचे क्षेत्र. वरील विश्लेषणानुसार, बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा सुधारण्यासाठी, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण शक्य तितके वाढवणे ही गुरुकिल्ली आहे. सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंगच्या रकमेची स्वीकार्य वरची मर्यादा निश्चित केल्यानंतर, ग्राहकाच्या गरजा साध्य करण्यासाठी उर्वरित घटक पातळी समायोजित करा; बॅटरीच्या उर्जेच्या घनतेसाठी, मोनोलिथिक पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकल-बाजूचे क्षेत्र शक्य तितके वाढवणे ही गुरुकिल्ली आहे. मोनोलिथिक पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या एकल-बाजूच्या क्षेत्राची स्वीकार्य वरची मर्यादा निश्चित केल्यानंतर, ग्राहकाच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी उर्वरित घटक पातळी समायोजित करा.

यानुसार, असा निष्कर्ष काढला जाऊ शकतो की बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा आणि उर्जेची घनता ध्रुव तुकड्यांच्या युनिट्सची संख्या, सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण आणि एकल सकारात्मक इलेक्ट्रोडचे एकतर्फी क्षेत्रफळ यासह मोनोटोनीली वाढते. पोल पीस युनिट्सची संख्या, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड कोटिंगचे प्रमाण आणि सिंगल पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडचे एकतर्फी क्षेत्र या तीन घटकांपैकी, बॅटरीच्या विशिष्ट उर्जेवर सकारात्मक इलेक्ट्रोड कोटिंगच्या प्रमाणाचा प्रभाव आहे. सर्वात लक्षणीय; च्या एकतर्फी क्षेत्राच्या तीन घटकांपैकी, मोनोलिथिक कॅथोडच्या एकतर्फी क्षेत्राचा बॅटरीच्या ऊर्जा घनतेवर सर्वात लक्षणीय प्रभाव पडतो.

त्यानंतर, साहित्य [२] नुसार, जेव्हा बॅटरीची क्षमता आवश्यक असते तेव्हा बॅटरीची गुणवत्ता कशी कमी करावी याबद्दल चर्चा केली जाते आणि निर्धारित सामग्री प्रणाली आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या अंतर्गत बॅटरीचा आकार आणि इतर कार्यप्रदर्शन निर्देशकांची आवश्यकता नसते. पातळी पॉझिटिव्ह प्लेट्सची संख्या आणि स्वतंत्र व्हेरिएबल्स म्हणून पॉझिटिव्ह प्लेट्सच्या गुणोत्तरासह बॅटरीच्या गुणवत्तेची गणना सूत्र (2) मध्ये दर्शविली आहे.

चित्र

सूत्र (5), M(x, y) हे बॅटरीचे एकूण वस्तुमान आहे; x ही बॅटरीमधील सकारात्मक प्लेट्सची संख्या आहे; y हे धनात्मक प्लेट्सचे गुणोत्तर आहे (त्याचे मूल्य आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, लांबीने भागलेल्या रुंदीच्या समान आहे); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 हे गुणांक आहेत आणि त्यांची मूल्ये बॅटरी क्षमता, सामग्री प्रणाली आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञान पातळीशी संबंधित 26 पॅरामीटर्सद्वारे निर्धारित केली जातात, तक्ता 2 पहा. तक्ता 2 मधील पॅरामीटर्स निर्धारित केल्यानंतर , प्रत्येक गुणांक नंतर हे निर्धारित केले जाते की 26 पॅरामीटर्स आणि k1, k2, k3, k4, k5, k6 आणि k7 यांच्यातील संबंध अगदी सोपे आहे, परंतु व्युत्पन्न प्रक्रिया खूप त्रासदायक आहे. गणितीयरित्या घोषणा (5) मिळवून, सकारात्मक प्लेट्सची संख्या आणि सकारात्मक प्लेट्सचे गुणोत्तर समायोजित करून, मॉडेल डिझाइनद्वारे प्राप्त करता येणारी किमान बॅटरी गुणवत्ता मिळवता येते.

चित्र

आकृती 2 लॅमिनेटेड बॅटरीच्या लांबी आणि रुंदीचे योजनाबद्ध आकृती

टेबल 2 लॅमिनेटेड सेल डिझाइन पॅरामीटर्स

चित्र

तक्ता 2 मध्ये, विशिष्ट मूल्य 50.3Ah क्षमतेच्या बॅटरीचे वास्तविक पॅरामीटर मूल्य आहे. संबंधित मापदंड निर्धारित करतात की k1, k2, k3, k4, k5, k6 आणि k7 हे अनुक्रमे 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 आहेत. , x 21 आहे, y 1.97006 आहे (सकारात्मक इलेक्ट्रोडची रुंदी 329 mln आहे आणि लांबी 167 मिमी आहे). ऑप्टिमायझेशननंतर, जेव्हा सकारात्मक इलेक्ट्रोडची संख्या 51 असते, तेव्हा बॅटरीची गुणवत्ता सर्वात लहान असते.