TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech in druge ekipe so v bistvu dosegle raziskave in razvoj baterij z močjo 300 Wh/kg. Poleg tega je še vedno veliko enot, ki izvajajo sorodno razvojno in raziskovalno delo.

Sestava fleksibilne embalaže litij-ionskih baterij običajno vključuje pozitivne elektrode, negativne elektrode, separatorje, elektrolite in druge potrebne pomožne materiale, kot so jezički, trakovi in ​​aluminijasta plastika. Glede na potrebe razprave avtor tega prispevka deli snovi v mehki litij-ionski bateriji v dve kategoriji: kombinacija enote pol kos in materiala, ki ne prispeva k energiji. Enota pol kos se nanaša na pozitivno elektrodo plus negativno elektrodo, vse pozitivne elektrode in negativna elektroda se lahko obravnava kot kombinacija polnih enot, sestavljenih iz več polnih enot; energijske snovi, ki ne prispevajo k energiji, se nanašajo na vse druge snovi, razen na kombinacijo polnih enot, kot so diafragme, elektroliti, nastavki za pol, aluminijasta plastika, zaščitni trakovi in ​​zaključki. trak itd. Za običajne LiMO 2 (M = Co, Ni in Ni-Co-Mn itd.)/ogljikov sistem Li-ion baterije kombinacija polnih enot določa zmogljivost in energijo baterije.

Trenutno, da bi dosegli cilj 300Wh/kg specifične energije mase baterije, glavne metode vključujejo:

(1) Izberite sistem materiala z visoko zmogljivostjo, pozitivna elektroda je izdelana iz ternarnega materiala z visoko vsebnostjo niklja, negativna elektroda pa iz silicijevega ogljika;

(2) Oblikujte visokonapetostni elektrolit za izboljšanje napetosti izklopa polnjenja;

(3) Optimizirati formulacijo suspenzije pozitivne in negativne elektrode in povečati delež aktivne snovi v elektrodi;

(4) Za zmanjšanje deleža tokovnih kolektorjev uporabite tanjšo bakreno folijo in aluminijasto folijo;

(5) Povečajte količino prevleke pozitivnih in negativnih elektrod in povečajte delež aktivnih materialov v elektrodah;

(6) Nadzirajte količino elektrolita, zmanjšajte količino elektrolita in povečajte specifično energijo litij-ionskih baterij;

(7) Optimizirajte strukturo baterije in zmanjšajte delež jezičkov in embalažnih materialov v bateriji.

Med tremi oblikami baterij iz valjaste, kvadratne trde lupine in mehkega laminiranega lista ima mehka baterija značilnosti prilagodljive zasnove, majhne teže, nizke notranje upornosti, ni enostavna za eksplozijo in veliko ciklov ter specifične energije tudi zmogljivost baterije je izjemna. Zato je laminirana mehka napajalna litij-ionska baterija trenutno vroča tema raziskav. V procesu oblikovanja modela laminirane mehke litij-ionske baterije lahko glavne spremenljivke razdelimo na naslednjih šest vidikov. Za prve tri lahko štejemo, da jih določa raven elektrokemičnega sistema in pravila načrtovanja, zadnji trije pa so običajno zasnova modela. zanimive spremenljivke.

(1) Materiali in formulacije pozitivnih in negativnih elektrod;

(2) gostota stiskanja pozitivnih in negativnih elektrod;

(3) razmerje med kapaciteto negativne elektrode (N) in kapaciteto pozitivne elektrode (P) (N/P);

(4) število enot polov (enako številu pozitivnih polov);

(5) Količina prevleke pozitivne elektrode (na podlagi določanja N/P najprej določite količino prevleke pozitivne elektrode in nato določite količino prevleke negativne elektrode);

(6) Enostranska površina ene pozitivne elektrode (določena z dolžino in širino pozitivne elektrode, ko se določi dolžina in širina pozitivne elektrode, se določi tudi velikost negativne elektrode, in velikost celice je mogoče določiti).

Prvič, v skladu z literaturo [1] je vpliv števila polnih enot, količine prevleke pozitivne elektrode in enostranske površine posameznega kosa pozitivne elektrode na specifično energijo in energijsko gostoto elektrode. o bateriji se razpravlja. Specifično energijo (ES) baterije lahko izrazimo z enačbo (1).

slika

V formuli (1): x je število pozitivnih elektrod v bateriji; y količina prevleke pozitivne elektrode, kg/m2; z je enostranska površina ene pozitivne elektrode, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) je energija, ki jo lahko prispeva enota pola, Wh, formula za izračun je prikazana v formuli (2).

slika

V formuli (2): DAV je povprečna napetost praznjenja, V; PC je razmerje med maso aktivnega materiala pozitivne elektrode in celotno maso aktivnega materiala pozitivne elektrode plus prevodnega sredstva in veziva, %; SCC je specifična zmogljivost aktivnega materiala pozitivne elektrode, Ah / kg; m(y, z) je masa enote droga, kg, formula za izračun pa je prikazana v formuli (3).

slika

V formuli (3): KCT je razmerje med celotno površino monolitne pozitivne elektrode (vsota površine prevleke in površine zavihka) do enostranske površine monolitne pozitivne elektrode in je večja od 1; TAL je debelina aluminijastega tokovnega kolektorja, m; ρAl je gostota aluminijastega tokovnega zbiralnika, kg/m3; KA je razmerje med skupno površino vsake negativne elektrode in enostransko površino ene pozitivne elektrode in je večje od 1; TCu je debelina bakrenega tokovnega kolektorja, m; ρCu je bakreni tokovni zbiralnik. Gostota, kg/m3; N/P je razmerje med zmogljivostjo negativne elektrode in kapaciteto pozitivne elektrode; PA je razmerje med maso aktivnega materiala negativne elektrode in celotno maso aktivnega materiala negativne elektrode plus prevodnega sredstva in veziva, %; SCA je razmerje aktivnega materiala negativne elektrode Kapaciteta, Ah/kg. M(x, y, z) je masa snovi, ki ne prispeva k energiji, kg, formula za izračun je prikazana v formuli (4)

slika

V formuli (4): kAP je razmerje med površino aluminija in plastike do enostranske površine ene pozitivne elektrode in je večje od 1; SDAP je površinska gostota aluminij-plastike, kg/m2; mTab je skupna masa pozitivne in negativne elektrode, ki jo lahko vidimo iz je konstanta; mTape je skupna masa traku, ki jo lahko obravnavamo kot konstanto; kS je razmerje med skupno površino separatorja in celotno površino lista pozitivne elektrode in je večje od 1; SDS je površinska gostota separatorja, kg/m2; kE je masa elektrolita in baterije Razmerje med kapaciteto, koeficient je pozitivno število. Glede na to je mogoče sklepati, da bo povečanje katerega koli posameznega faktorja x, y in z povečalo specifično energijo baterije.

Da bi preučili pomen vpliva števila polnih enot, količine prevleke pozitivne elektrode in enostranske površine ene pozitivne elektrode na specifično energijo in energijsko gostoto baterije, je elektrokemična sistem in pravila oblikovanja (to je za določitev materiala in formule elektrode, gostote stiskanja in N/P itd.), nato pa pravokotno združi vsako raven treh dejavnikov, kot so število enot polnih kosov, količina prevleko pozitivne elektrode in enostransko površino posameznega kosa pozitivne elektrode, za primerjavo materiala elektrode, ki ga določa določena skupina, in analiza razpona je bila izvedena na podlagi izračunane specifične energije in energijske gostote baterije na podlagi formula, stisnjena gostota in N/P. Rezultati ortogonalne zasnove in izračunov so prikazani v tabeli 1. Rezultati ortogonalne zasnove so bili analizirani z metodo dosega, rezultati pa so prikazani na sliki 1. Specifična energija in energijska gostota baterije se monotono povečujeta s številom polnih enot. , količino prevleke pozitivne elektrode in enostransko površino enodelne pozitivne elektrode. Med tremi dejavniki števila polnih enot, količine prevleke pozitivne elektrode in enostranske površine ene pozitivne elektrode ima količina prevleke pozitivne elektrode najpomembnejši vpliv na specifično energijo elektrode. baterija; Med tremi dejavniki enostranske površine ima enostranska površina monolitne katode najpomembnejši vpliv na energijsko gostoto baterije.

slika

slika

Iz slike 1a je razvidno, da se specifična energija baterije monotono povečuje s številom polnih enot, količino katodnega premaza in enostransko površino enodelne katode, kar preverja pravilnost teoretična analiza v prejšnjem delu; Najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na specifično energijo baterije, je pozitivna količina premaza. Iz slike 1b je razvidno, da se energijska gostota baterije monotono povečuje s številom polovnih enot, količino prevleke pozitivne elektrode in enostransko površino ene pozitivne elektrode, kar tudi preverja pravilnost prejšnje teoretične analize; najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na gostoto energije baterije, je enostranska površina monolitne pozitivne elektrode. Glede na zgornjo analizo je za izboljšanje specifične energije baterije ključno čim bolj povečati količino prevleke pozitivne elektrode. Po določitvi sprejemljive zgornje meje količine prevleke pozitivne elektrode prilagodite preostale stopnje faktorjev, da dosežete zahteve stranke; Za energijsko gostoto baterije je ključnega pomena, da čim bolj povečamo enostransko površino monolitne pozitivne elektrode. Ko določite sprejemljivo zgornjo mejo enostranske površine monolitne pozitivne elektrode, prilagodite preostale stopnje faktorjev, da ustrezajo zahtevam stranke.

Glede na to je mogoče sklepati, da se specifična energija in energijska gostota baterije monotono povečujeta s številom polovnih enot, količino prevleke pozitivne elektrode in enostransko površino ene pozitivne elektrode. Med tremi dejavniki števila enot polnih kosov, količine prevleke pozitivne elektrode in enostranske površine ene pozitivne elektrode je vpliv količine prevleke pozitivne elektrode na specifično energijo baterije najpomembnejši; Med tremi dejavniki enostranske površine ima enostranska površina monolitne katode najpomembnejši vpliv na energijsko gostoto baterije.

Nato se po literaturi [2] razpravlja o tem, kako čim bolj zmanjšati kakovost baterije, ko je potrebna samo zmogljivost baterije, velikost baterije in drugi kazalniki zmogljivosti pa niso potrebni po določenem sistemu materiala in tehnologiji obdelave. ravni. Izračun kakovosti baterije s številom pozitivnih plošč in razmerjem stranic pozitivnih plošč kot neodvisnih spremenljivk je prikazan v formuli (5).

slika

V formuli (5) je M(x, y) skupna masa baterije; x število pozitivnih plošč v akumulatorju; y je razmerje stranic pozitivnih plošč (njegova vrednost je enaka širini, deljeni z dolžino, kot je prikazano na sliki 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 so koeficienti, njihove vrednosti pa določa 26 parametrov, ki se nanašajo na kapaciteto baterije, sistem materiala in nivo tehnologije obdelave, glej tabelo 2. Po določitvi parametrov v tabeli 2 , vsak koeficient Nato se ugotovi, da je razmerje med 26 parametri in k1, k2, k3, k4, k5, k6 in k7 zelo preprosto, vendar je postopek izpeljave zelo okoren. Z matematično izpeljavo napovedi (5), s prilagajanjem števila pozitivnih plošč in razmerja stranic pozitivnih plošč, je mogoče doseči minimalno kakovost baterije, ki jo je mogoče doseči z zasnovo modela.

slika

Slika 2 Shematski diagram dolžine in širine laminirane baterije

Tabela 2 Projektni parametri laminirane celice

slika

V tabeli 2 je specifična vrednost dejanska vrednost parametra baterije s kapaciteto 50.3 Ah. Ustrezni parametri določajo, da so k1, k2, k3, k4, k5, k6 in k7 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554 oziroma 921.609. , x je 21, y je 1.97006 (širina pozitivne elektrode je 329 milijonov, dolžina pa 167 mm). Po optimizaciji, ko je število pozitivnih elektrod 51, je kakovost baterije najmanjša.