TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech og andre team har i utgangspunktet oppnådd forskning og utvikling av 300 Wh/kg strømbatterier. I tillegg er det fortsatt et stort antall enheter som driver relatert utviklings- og forskningsarbeid.

Sammensetningen av fleksible emballasje-litium-ion-batterier inkluderer vanligvis positive elektroder, negative elektroder, separatorer, elektrolytter og andre nødvendige hjelpematerialer, som flik, tape og aluminiumsplast. I henhold til diskusjonens behov deler forfatteren av denne artikkelen inn stoffene i det myke litium-ion-batteriet i to kategorier: kombinasjonen av poldelen og det ikke-energibidragende materialet. Polstykkeenheten refererer til en positiv elektrode pluss en negativ elektrode, og alle de positive elektrodene og Den negative elektroden kan betraktes som en kombinasjon av polstykkeenheter sammensatt av flere polstykkeenheter; Ikke-medvirkende energistoffer refererer til alle andre stoffer unntatt kombinasjonen av polstykkeenheter, som membraner, elektrolytter, polklatter, aluminiumsplast, beskyttelsestaper og avslutninger. tape etc. For de vanlige LiMO 2 (M = Co, Ni og Ni-Co-Mn, etc.)/karbonsystem Li-ion batterier, bestemmer kombinasjonen av polstykkeenheter kapasiteten og energien til batteriet.

For øyeblikket, for å nå målet om 300Wh/kg batterimassespesifikk energi, inkluderer hovedmetodene:

(1) Velg et materialsystem med høy kapasitet, den positive elektroden er laget av ternær høy nikkel, og den negative elektroden er laget av silisiumkarbon;

(2) Design high-voltage electrolyte to improve the charge cut-off voltage;

(3) Optimaliser formuleringen av positiv og negativ elektrodeslurry og øk andelen aktivt materiale i elektroden;

(4) Bruk tynnere kobberfolie og aluminiumsfolie for å redusere andelen strømkollektorer;

(5) Øk beleggmengden til de positive og negative elektrodene, og øk andelen aktive materialer i elektrodene;

(6) Kontroller mengden elektrolytt, reduser mengden elektrolytt og øk den spesifikke energien til litiumionbatterier;

(7) Optimaliser strukturen til batteriet og reduser andelen fliker og emballasjematerialer i batteriet.

Blant de tre batteriformene av sylindrisk, firkantet hardt skall og mykpakket laminert ark, har softpack-batteriet egenskapene til fleksibel design, lett vekt, lav indre motstand, ikke lett å eksplodere, og mange sykluser, og den spesifikke energien ytelsen til batteriet er også enestående. Derfor er det laminerte myke kraftlitium-ion-batteriet et hett forskningstema for tiden. I modelldesignprosessen for laminert soft-pack power litiumion-batteri, kan hovedvariablene deles inn i følgende seks aspekter. De tre første kan anses å være bestemt av nivået på det elektrokjemiske systemet og designregler, og de tre sistnevnte er vanligvis modelldesignet. variabler av interesse.

(1) Positive og negative elektrodematerialer og formuleringer;

(2) komprimeringstettheten til positive og negative elektroder;

(3) The ratio of negative electrode capacity (N) to positive electrode capacity (P) (N/P);

(4) Antall polstykkeenheter (lik antall positive polstykker);

(5) Mengden av positiv elektrodebelegg (på grunnlag av N/P-bestemmelse, bestemme først mengden positive elektrodebelegg, og deretter bestemme mengden av negativ elektrodebelegg);

(6) Det ensidige området til en enkelt positiv elektrode (bestemt av lengden og bredden på den positive elektroden, når lengden og bredden på den positive elektroden bestemmes, bestemmes også størrelsen på den negative elektroden, og størrelsen på cellen kan bestemmes).

For det første, ifølge litteraturen [1], påvirkningen av antall polstykkeenheter, mengden positivt elektrodebelegg og enkeltsidearealet til et enkelt stykke positiv elektrode på den spesifikke energien og energitettheten til batteri er diskutert. Den spesifikke energien (ES) til batteriet kan uttrykkes ved ligning (1).

bilde

I formel (1): x er antall positive elektroder i batteriet; y er beleggmengden til den positive elektroden, kg/m2; z er det ensidige området til en enkelt positiv elektrode, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) er energien som en polstykkeenhet kan bidra med, Wh, beregningsformelen er vist i formel (2).

bilde

I formel (2): DAV er gjennomsnittlig utladningsspenning, V; PC er forholdet mellom massen av det positive elektrodeaktive materialet og den totale massen av det positive elektrodeaktive materialet pluss ledende middel og bindemiddel, %; SCC er den spesifikke kapasiteten til det positive elektrodeaktive materialet, Ah / kg; m(y, z) er massen til en polstykkeenhet, kg, og beregningsformelen er vist i formel (3).

bilde

I formel (3): KCT er forholdet mellom det totale arealet av den monolittiske positive elektroden (summen av beleggsarealet og flikfolieområdet) og det ensidige arealet til den monolittiske positive elektroden, og er større enn 1; TAL er tykkelsen på aluminiumstrømkollektoren, m; ρAl er tettheten til aluminiumstrømkollektoren, kg/m3; KA er forholdet mellom det totale arealet av hver negativ elektrode og det ensidige arealet til en enkelt positiv elektrode, og er større enn 1; TCu er tykkelsen på kobberstrømkollektoren, m; ρCu er kobberstrømsamleren. Tetthet, kg/m3; N/P er forholdet mellom negativ elektrodekapasitet og positiv elektrodekapasitet; PA er forholdet mellom massen av negativt elektrodeaktivt materiale og totalmassen av negativt elektrodeaktivt materiale pluss ledende middel og bindemiddel, %; SCA er forholdet mellom negativt elektrodeaktivt materiale Kapasitet, Ah/kg. M(x, y, z) er massen til det ikke-energibidragende stoffet, kg, beregningsformelen er vist i formel (4)

bilde

I formel (4): kAP er forholdet mellom aluminium-plastområdet og det ensidige området til den enkle positive elektroden, og er større enn 1; SDAP er arealtettheten til aluminium-plasten, kg/m2; mTab er den totale massen til de positive og negative elektrodene, som kan sees fra er en konstant; mTape er den totale massen til båndet, som kan betraktes som en konstant; kS er forholdet mellom det totale arealet av separatoren og det totale arealet av det positive elektrodearket, og er større enn 1; SDS er arealtettheten til separatoren, kg/m2; kE er massen til elektrolytten og batteriet Forholdet mellom kapasiteten, koeffisienten er et positivt tall. I henhold til dette kan det konkluderes med at økningen av en enkelt faktor av x, y og z vil øke den spesifikke energien til batteriet.

For å studere betydningen av påvirkningen av antall polstykkeenheter, beleggsmengden til den positive elektroden og det ensidige arealet til den enkle positive elektroden på den spesifikke energien og energitettheten til batteriet, en elektrokjemisk system- og designregler (det vil si å bestemme elektrodematerialet og formelen, komprimeringstettheten og N/P, etc.), og deretter ortogonalt kombinere hvert nivå av de tre faktorene, for eksempel antall polstykkeenheter, mengden av positivt elektrodebelegg, og det ensidige området til et enkelt stykke positiv elektrode, for å sammenligne elektrodematerialet bestemt av en viss gruppe, og rekkeviddeanalysen ble utført på den beregnede spesifikke energien og energitettheten til batteriet basert på formel, komprimert tetthet og N/P. Den ortogonale designen og beregningsresultatene er vist i tabell 1. De ortogonale designresultatene ble analysert ved bruk av rekkeviddemetoden, og resultatene er vist i figur 1. Den spesifikke energien og energitettheten til batteriet øker monotont med antall polstykkeenheter , mengden av positivt elektrodebelegg og det ensidige området til en positiv elektrode i ett stykke. Blant de tre faktorene for antall polstykkeenheter, mengden positivt elektrodebelegg og det ensidige området til en enkelt positiv elektrode, har mengden positivt elektrodebelegg den mest betydelige innvirkningen på den spesifikke energien til batteri; Blant de tre faktorene til det ensidige området av har det ensidige området til den monolitiske katoden den mest betydelige innvirkningen på energitettheten til batteriet.

bilde

bilde

Det kan sees fra figur 1a at den spesifikke energien til batteriet øker monotont med antall polstykkeenheter, mengden katodebelegg og det ensidige arealet til enkeltdelt katoden, som bekrefter riktigheten av den teoretiske analysen i forrige del; den viktigste faktoren som påvirker den spesifikke energien til batteriet er den positive beleggmengden. Det kan sees fra figur 1b at energitettheten til batteriet øker monotont med antall polstykkeenheter, mengden positivt elektrodebelegg og det ensidige arealet til en enkelt positiv elektrode, som også verifiserer riktigheten av forrige teoretiske analyse; den viktigste faktoren som påvirker batteriets energitetthet er det ensidige området til den monolittiske positive elektroden. I henhold til analysen ovenfor, for å forbedre den spesifikke energien til batteriet, er det nøkkelen å øke den positive elektrodebeleggsmengden så mye som mulig. Etter å ha bestemt den akseptable øvre grensen for den positive elektrodebeleggmengden, juster de gjenværende faktornivåene for å oppnå kundens krav; For energitettheten til batteriet er det nøkkelen å øke det ensidige området til den monolittiske positive elektroden så mye som mulig. Etter å ha bestemt den akseptable øvre grensen for det ensidige området til den monolittiske positive elektroden, juster de gjenværende faktornivåene for å møte kundens krav.

I henhold til dette kan det konkluderes med at den spesifikke energien og energitettheten til batteriet monotont øker med antall poldeler, mengden positivt elektrodebelegg og det ensidige området til en enkelt positiv elektrode. Blant de tre faktorene for antall polstykkeenheter, mengden positivt elektrodebelegg og det ensidige området til en enkelt positiv elektrode, er virkningen av mengden positivt elektrodebelegg på batteriets spesifikke energi den mest betydningsfulle; Blant de tre faktorene til det ensidige området av har det ensidige området til den monolitiske katoden den mest betydelige innvirkningen på energitettheten til batteriet.

Then, according to the literature [2], it is discussed how to minimize the quality of the battery when only the capacity of the battery is required, and the battery size and other performance indicators are not required under the determined material system and processing technology level. The calculation of the battery quality with the number of positive plates and the aspect ratio of positive plates as independent variables is shown in formula (5).

bilde

I formel (5) er M(x, y) den totale massen til batteriet; x er antall positive plater i batteriet; y er sideforholdet til de positive platene (verdien er lik bredden delt på lengden, som vist i figur 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 er koeffisienter, og deres verdier bestemmes av 26 parametere relatert til batterikapasitet, materialsystem og prosessteknologinivå, se tabell 2. Etter at parameterne i tabell 2 er bestemt , hver koeffisient Det bestemmes da at forholdet mellom de 26 parameterne og k1, k2, k3, k4, k5, k6 og k7 er veldig enkelt, men utledningsprosessen er svært tungvint. Ved å matematisk utlede kunngjøringen (5), ved å justere antall positive plater og sideforholdet til positive plater, kan minimum batterikvalitet som kan oppnås ved modelldesign oppnås.

bilde

Figur 2 Skjematisk diagram over lengden og bredden på det laminerte batteriet

Tabell 2 Designparametere for laminerte celler

bilde

I tabell 2 er den spesifikke verdien den faktiske parameterverdien til batteriet med en kapasitet på 50.3Ah. De relevante parameterne bestemmer at k1, k2, k3, k4, k5, k6 og k7 er henholdsvis 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609. , x er 21, y er 1.97006 (bredden på den positive elektroden er 329 mln, og lengden er 167 mm). Etter optimalisering, når antallet positive elektroder er 51, er batterikvaliteten den minste.