TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech dan pasukan lain pada dasarnya telah mencapai penyelidikan dan pembangunan bateri kuasa 300 Wh/kg. Selain itu, masih terdapat sejumlah besar unit yang menjalankan kerja-kerja pembangunan dan penyelidikan berkaitan.

Komposisi bateri litium-ion pembungkusan fleksibel biasanya termasuk elektrod positif, elektrod negatif, pemisah, elektrolit dan bahan tambahan lain yang diperlukan, seperti tab, pita dan plastik aluminium. Mengikut keperluan perbincangan, pengarang kertas kerja ini membahagikan bahan dalam bateri litium-ion pek lembut kepada dua kategori: gabungan unit kepingan tiang dan bahan bukan penyumbang tenaga. Unit kepingan kutub merujuk kepada elektrod positif ditambah elektrod negatif, dan semua elektrod positif dan Elektrod negatif boleh dianggap sebagai gabungan unit kepingan kutub yang terdiri daripada beberapa unit kepingan kutub; bahan tenaga tidak menyumbang merujuk kepada semua bahan lain kecuali gabungan unit kepingan tiang, seperti diafragma, elektrolit, lug tiang, plastik aluminium, pita pelindung dan penamat. pita dsb. Untuk bateri Li-ion LiMO 2 biasa (M = Co, Ni dan Ni-Co-Mn, dsb.)/sistem karbon, gabungan unit kepingan tiang menentukan kapasiti dan tenaga bateri.

Pada masa ini, untuk mencapai matlamat 300Wh/kg tenaga khusus jisim bateri, kaedah utama termasuk:

(1) Pilih sistem bahan berkapasiti tinggi, elektrod positif diperbuat daripada ternary nikel tinggi, dan elektrod negatif diperbuat daripada karbon silikon;

(2) Reka bentuk elektrolit voltan tinggi untuk meningkatkan voltan pemotongan cas;

(3) Optimumkan rumusan buburan elektrod positif dan negatif dan meningkatkan perkadaran bahan aktif dalam elektrod;

(4) Gunakan kerajang kuprum yang lebih nipis dan kerajang aluminium untuk mengurangkan perkadaran pengumpul semasa;

(5) Meningkatkan jumlah salutan elektrod positif dan negatif, dan meningkatkan perkadaran bahan aktif dalam elektrod;

(6) Mengawal jumlah elektrolit, mengurangkan jumlah elektrolit dan meningkatkan tenaga khusus bateri litium-ion;

(7) Optimumkan struktur bateri dan kurangkan bahagian tab dan bahan pembungkusan dalam bateri.

Di antara tiga bentuk bateri silinder, cangkang keras persegi dan kepingan berlamina pek lembut, bateri pek lembut mempunyai ciri reka bentuk yang fleksibel, ringan, rintangan dalaman yang rendah, tidak mudah meletup, dan banyak kitaran, dan tenaga khusus. prestasi bateri juga cemerlang. Oleh itu, bateri litium-ion kuasa pek lembut berlamina adalah topik penyelidikan yang hangat pada masa ini. Dalam proses reka bentuk model bateri litium-ion kuasa pek lembut berlamina, pembolehubah utama boleh dibahagikan kepada enam aspek berikut. Tiga yang pertama boleh dianggap ditentukan oleh tahap sistem elektrokimia dan peraturan reka bentuk, dan tiga yang terakhir biasanya reka bentuk model. pembolehubah kepentingan.

(1) Bahan dan formulasi elektrod positif dan negatif;

(2) Ketumpatan pemadatan elektrod positif dan negatif;

(3) Nisbah kapasiti elektrod negatif (N) kepada kapasiti elektrod positif (P) (N/P);

(4) Bilangan unit keping tiang (sama dengan bilangan keping tiang positif);

(5) Jumlah salutan elektrod positif (berdasarkan penentuan N/P, mula-mula tentukan jumlah salutan elektrod positif, dan kemudian tentukan jumlah salutan elektrod negatif);

(6) Luas satu sisi elektrod positif tunggal (ditentukan oleh panjang dan lebar elektrod positif, apabila panjang dan lebar elektrod positif ditentukan, saiz elektrod negatif juga ditentukan, dan saiz sel boleh ditentukan).

Pertama, menurut kesusasteraan [1], pengaruh bilangan unit kepingan kutub, jumlah salutan elektrod positif dan kawasan sisi tunggal sekeping elektrod positif pada tenaga khusus dan ketumpatan tenaga bateri dibincangkan. Tenaga tentu (ES) bateri boleh dinyatakan dengan persamaan (1).

gambar

Dalam formula (1): x ialah bilangan elektrod positif yang terkandung dalam bateri; y ialah jumlah salutan elektrod positif, kg/m2; z ialah kawasan satu sisi bagi elektrod positif tunggal, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) ialah tenaga yang boleh disumbangkan oleh unit kepingan tiang, Wh, formula pengiraan ditunjukkan dalam formula (2).

gambar

Dalam formula (2): DAV ialah voltan nyahcas purata, V; PC ialah nisbah jisim bahan aktif elektrod positif kepada jumlah jisim bahan aktif elektrod positif ditambah agen pengalir dan pengikat,%; SCC ialah kapasiti khusus bahan aktif elektrod positif, Ah / kg; m(y, z) ialah jisim unit keping tiang, kg, dan formula pengiraan ditunjukkan dalam formula (3).

gambar

Dalam formula (3): KCT ialah nisbah jumlah luas elektrod positif monolitik (jumlah kawasan salutan dan kawasan foil tab) kepada kawasan satu sisi elektrod positif monolitik, dan adalah lebih besar daripada 1; TAl ialah ketebalan pengumpul arus aluminium, m; ρAl ialah ketumpatan pengumpul arus aluminium, kg/m3; KA ialah nisbah jumlah luas setiap elektrod negatif kepada luas sisi tunggal elektrod positif tunggal, dan lebih besar daripada 1; TCu ialah ketebalan pengumpul arus kuprum, m; ρCu ialah pengumpul arus kuprum. Ketumpatan, kg/m3; N/P ialah nisbah kapasiti elektrod negatif kepada kapasiti elektrod positif; PA ialah nisbah jisim bahan aktif elektrod negatif kepada jumlah jisim bahan aktif elektrod negatif ditambah agen pengalir dan pengikat,%; SCA ialah nisbah bahan aktif elektrod negatif Kapasiti, Ah/kg. M(x, y, z) ialah jisim bahan bukan penyumbang tenaga, kg, formula pengiraan ditunjukkan dalam formula (4)

gambar

Dalam formula (4): kAP ialah nisbah kawasan aluminium-plastik kepada luas satu sisi elektrod positif tunggal, dan lebih besar daripada 1; SDAP ialah ketumpatan kawasan aluminium-plastik, kg/m2; mTab adalah jumlah jisim elektrod positif dan negatif, yang boleh dilihat daripada pemalar; mTape ialah jumlah jisim pita, yang boleh dianggap sebagai pemalar; kS ialah nisbah jumlah luas pemisah kepada jumlah luas lembaran elektrod positif, dan lebih besar daripada 1; SDS ialah ketumpatan kawasan pemisah, kg/m2; kE ialah jisim elektrolit dan bateri Nisbah kapasiti, pekali ialah nombor positif. Mengikut ini, boleh disimpulkan bahawa peningkatan mana-mana faktor tunggal bagi x, y dan z akan meningkatkan tenaga tentu bateri.

Untuk mengkaji kepentingan pengaruh bilangan unit kepingan tiang, jumlah salutan elektrod positif dan kawasan satu sisi elektrod positif tunggal pada tenaga khusus dan ketumpatan tenaga bateri, elektrokimia. peraturan sistem dan reka bentuk (iaitu, untuk menentukan bahan dan formula elektrod, Ketumpatan pemadatan dan N/P, dsb.), dan kemudian secara ortogon menggabungkan setiap peringkat tiga faktor, seperti bilangan unit kepingan kutub, jumlah salutan elektrod positif, dan kawasan satu sisi bagi sekeping tunggal elektrod positif, untuk membandingkan bahan elektrod yang ditentukan oleh kumpulan tertentu dan analisis Julat telah dilakukan pada tenaga khusus yang dikira dan ketumpatan tenaga bateri berdasarkan formula, ketumpatan padat dan N/P. Reka bentuk ortogon dan keputusan pengiraan ditunjukkan dalam Jadual 1. Keputusan reka bentuk ortogon dianalisis menggunakan kaedah julat, dan hasilnya ditunjukkan dalam Rajah 1. Tenaga dan ketumpatan tenaga spesifik bateri meningkat secara monoton dengan bilangan unit kepingan tiang , jumlah salutan elektrod positif, dan kawasan satu sisi elektrod positif satu keping. Di antara tiga faktor bilangan unit keping tiang, jumlah salutan elektrod positif, dan luas sisi tunggal elektrod positif tunggal, jumlah salutan elektrod positif mempunyai kesan paling ketara ke atas tenaga spesifik bateri; Antara tiga faktor kawasan satu sisi, kawasan satu sisi katod monolitik mempunyai kesan paling ketara terhadap ketumpatan tenaga bateri.

gambar

gambar

Ia boleh dilihat daripada Rajah 1a bahawa tenaga tentu bateri meningkat secara monoton dengan bilangan unit kepingan tiang, jumlah salutan katod, dan kawasan satu sisi katod satu keping, yang mengesahkan ketepatan analisis teori dalam bahagian sebelumnya; faktor paling ketara yang mempengaruhi tenaga khusus bateri ialah jumlah salutan positif. Ia boleh dilihat daripada Rajah 1b bahawa ketumpatan tenaga bateri meningkat secara monoton dengan bilangan unit kepingan kutub, jumlah salutan elektrod positif, dan kawasan satu sisi bagi satu elektrod positif, yang juga mengesahkan ketepatan analisis teori sebelumnya; faktor paling penting yang mempengaruhi ketumpatan tenaga bateri ialah kawasan satu sisi elektrod positif monolitik. Menurut analisis di atas, untuk meningkatkan tenaga khusus bateri, ia adalah kunci untuk meningkatkan jumlah salutan elektrod positif sebanyak mungkin. Selepas menentukan had atas jumlah salutan elektrod positif yang boleh diterima, laraskan tahap faktor yang tinggal untuk mencapai keperluan pelanggan; Untuk ketumpatan tenaga bateri, ia adalah kunci untuk meningkatkan kawasan satu sisi elektrod positif monolitik sebanyak mungkin. Selepas menentukan had atas yang boleh diterima bagi kawasan satu sisi elektrod positif monolitik, laraskan tahap faktor yang tinggal untuk memenuhi keperluan pelanggan.

Menurut ini, dapat disimpulkan bahawa tenaga khusus dan ketumpatan tenaga bateri meningkat secara monoton dengan bilangan unit kepingan kutub, jumlah salutan elektrod positif, dan kawasan satu sisi elektrod positif tunggal. Antara tiga faktor bilangan unit keping tiang, jumlah salutan elektrod positif, dan luas sisi tunggal elektrod positif tunggal, kesan jumlah salutan elektrod positif pada tenaga khusus bateri adalah yang paling ketara; Antara tiga faktor kawasan satu sisi, kawasan satu sisi katod monolitik mempunyai kesan paling ketara terhadap ketumpatan tenaga bateri.

Kemudian, menurut literatur [2], dibincangkan bagaimana untuk meminimumkan kualiti bateri apabila hanya kapasiti bateri diperlukan, dan saiz bateri dan penunjuk prestasi lain tidak diperlukan di bawah sistem bahan dan teknologi pemprosesan yang ditentukan. tahap. Pengiraan kualiti bateri dengan bilangan plat positif dan nisbah aspek plat positif sebagai pembolehubah tidak bersandar ditunjukkan dalam formula (5).

gambar

Dalam formula (5), M(x, y) ialah jumlah jisim bateri; x ialah bilangan plat positif dalam bateri; y ialah nisbah aspek plat positif (nilainya sama dengan lebar dibahagikan dengan panjang, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 adalah pekali, dan nilainya ditentukan oleh 26 parameter yang berkaitan dengan kapasiti bateri, sistem bahan dan tahap teknologi pemprosesan, lihat Jadual 2. Selepas parameter dalam Jadual 2 ditentukan , setiap pekali Ia kemudiannya ditentukan bahawa hubungan antara 26 parameter dan k1, k2, k3, k4, k5, k6, dan k7 adalah sangat mudah, tetapi proses derivasi adalah sangat rumit. Dengan menurunkan secara matematik pengumuman (5), dengan melaraskan bilangan plat positif dan nisbah aspek plat positif, kualiti bateri minimum yang boleh dicapai oleh reka bentuk model boleh diperolehi.

gambar

Rajah 2 Diagram skematik panjang dan lebar bateri berlamina

Jadual 2 Parameter reka bentuk sel berlamina

gambar

Dalam Jadual 2, nilai khusus ialah nilai parameter sebenar bateri dengan kapasiti 50.3Ah. Parameter yang berkaitan menentukan bahawa k1, k2, k3, k4, k5, k6, dan k7 masing-masing ialah 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609. , x ialah 21, y ialah 1.97006 (lebar elektrod positif ialah 329 Juta, dan panjangnya ialah 167 mm). Selepas pengoptimuman, apabila bilangan elektrod positif ialah 51, kualiti bateri adalah yang paling kecil.