TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech dhe ekipe të tjera kanë arritur në thelb kërkimin dhe zhvillimin e baterive me fuqi 300 Wh/kg. Përveç kësaj, ka ende një numër të madh njësish që kryejnë punë zhvillimore dhe kërkimore përkatëse.

Përbërja e baterive litium-jon me paketim fleksibël zakonisht përfshin elektroda pozitive, elektroda negative, ndarës, elektrolite dhe materiale të tjera të nevojshme ndihmëse, të tilla si skeda, shirita dhe plastikë alumini. Sipas nevojave të diskutimit, autori i këtij punimi i ndan substancat në baterinë litium-jon me paketim të butë në dy kategori: kombinimi i njësisë së pjesës së shtyllës dhe materiali që nuk kontribuon energji. Njësia e pjesës së poleve i referohet një elektrodë pozitive plus një elektrodë negative, dhe të gjitha elektrodat pozitive dhe elektroda negative mund të konsiderohen si një kombinim i njësive të pjesës polare të përbëra nga disa njësi të pjesës polare; Substancat energjetike që nuk kontribuojnë i referohen të gjitha substancave të tjera përveç kombinimit të njësive të pjesës së shtyllës, të tilla si diafragmat, elektrolitet, prizat e shtyllave, plastika prej alumini, shiritat mbrojtës dhe përfundimet. shirit etj. Për bateritë e zakonshme LiMO 2 (M = Co, Ni dhe Ni-Co-Mn, etj.)/sistemit të karbonit Li-jon, kombinimi i njësive të pjesës polare përcakton kapacitetin dhe energjinë e baterisë.

Aktualisht, për të arritur objektivin prej 300 Wh/kg energji specifike të masës së baterisë, metodat kryesore përfshijnë:

(1) Zgjidhni një sistem materiali me kapacitet të lartë, elektroda pozitive është prej treshe me nikel të lartë dhe elektroda negative është bërë nga karboni silikoni;

(2) Projektimi i elektrolitit të tensionit të lartë për të përmirësuar tensionin e ndërprerjes së ngarkesës;

(3) Optimizoni formulimin e llumit të elektrodës pozitive dhe negative dhe rrisni përqindjen e materialit aktiv në elektrodë;

(4) Përdorni fletë metalike më të hollë bakri dhe fletë alumini për të zvogëluar përqindjen e kolektorëve aktualë;

(5) Rritja e sasisë së veshjes së elektrodave pozitive dhe negative dhe rritja e përqindjes së materialeve aktive në elektroda;

(6) Kontrolloni sasinë e elektrolitit, zvogëloni sasinë e elektrolitit dhe rrisni energjinë specifike të baterive litium-jon;

(7) Optimizoni strukturën e baterisë dhe zvogëloni përqindjen e skedave dhe materialeve të paketimit në bateri.

Ndër tre format e baterive të fletës së petëzuar cilindrike, me guaskë të fortë katrore dhe me paketë të butë, bateria me paketë të butë ka karakteristikat e dizajnit fleksibël, peshës së lehtë, rezistencës së brendshme të ulët, jo të lehtë për t’u shpërthyer dhe shumë cikleve dhe energjisë specifike. performanca e baterisë është gjithashtu e jashtëzakonshme. Prandaj, bateria litium-jon e fuqisë e laminuar me paketë të buta është një temë e nxehtë kërkimore për momentin. Në procesin e projektimit të modelit të baterisë litium-jon të laminuar me paketë të buta, variablat kryesore mund të ndahen në gjashtë aspektet e mëposhtme. Tre të parat mund të konsiderohen se përcaktohen nga niveli i sistemit elektrokimik dhe rregullat e projektimit, dhe tre të fundit zakonisht janë modeli i modelit. variablat me interes.

(1) Materialet dhe formulimet e elektrodave pozitive dhe negative;

(2) Dendësia e ngjeshjes së elektrodave pozitive dhe negative;

(3) Raporti i kapacitetit të elektrodës negative (N) ndaj kapacitetit pozitiv të elektrodës (P) (N/P);

(4) Numri i njësive të poleve (i barabartë me numrin e pjesëve të poleve pozitive);

(5) Sasia pozitive e veshjes së elektrodës (në bazë të përcaktimit N/P, së pari përcaktoni sasinë e veshjes së elektrodës pozitive dhe më pas përcaktoni sasinë e veshjes së elektrodës negative);

(6) Zona e njëanshme e një elektrode të vetme pozitive (e përcaktuar nga gjatësia dhe gjerësia e elektrodës pozitive, kur përcaktohet gjatësia dhe gjerësia e elektrodës pozitive, përcaktohet edhe madhësia e elektrodës negative, dhe mund të përcaktohet madhësia e qelizës).

Së pari, sipas literaturës [1], ndikimi i numrit të njësive të pjesës së poleve, sasisë së veshjes së elektrodës pozitive dhe zonës së njëanshme të një pjese të vetme të elektrodës pozitive në energjinë specifike dhe densitetin e energjisë së diskutohet për baterinë. Energjia specifike (ES) e baterisë mund të shprehet me ekuacionin (1).

foto

Në formulën (1): x është numri i elektrodave pozitive që gjenden në bateri; y është sasia e veshjes së elektrodës pozitive, kg/m2; z është zona e njëanshme e një elektrode të vetme pozitive, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) është energjia që mund të kontribuojë një njësi e pjesës polare, Wh, formula e llogaritjes tregohet në formulën (2).

foto

Në formulën (2): DAV është voltazhi mesatar i shkarkimit, V; PC është raporti i masës së materialit aktiv të elektrodës pozitive me masën totale të materialit aktiv të elektrodës pozitive plus agjentin përcjellës dhe lidhës, %; SCC është kapaciteti specifik i materialit aktiv të elektrodës pozitive, Ah / kg; m(y, z) është masa e një njësie të pjesës së poleve, kg, dhe formula e llogaritjes tregohet në formulën (3).

foto

Në formulën (3): KCT është raporti i sipërfaqes totale të elektrodës pozitive monolitike (shuma e zonës së veshjes dhe zonës së fletës së skedës) me zonën e njëanshme të elektrodës pozitive monolit, dhe është më i madh se 1; TAl është trashësia e kolektorit të rrymës së aluminit, m; ρAl është dendësia e kolektorit të rrymës së aluminit, kg/m3; KA është raporti i sipërfaqes totale të secilës elektrodë negative me zonën e njëanshme të një elektrode të vetme pozitive dhe është më e madhe se 1; TCu është trashësia e kolektorit të rrymës së bakrit, m; ρCu është kolektori i rrymës së bakrit. Dendësia, kg/m3; N/P është raporti i kapacitetit të elektrodës negative me kapacitetin e elektrodës pozitive; PA është raporti i masës së materialit aktiv të elektrodës negative me masën totale të materialit aktiv të elektrodës negative plus agjentin përçues dhe lidhësin, %; SCA është raporti i Kapacitetit të materialit aktiv të elektrodës negative, Ah/kg. M(x, y, z) është masa e substancës që nuk kontribuon me energji, kg, formula e llogaritjes tregohet në formulën (4)

foto

Në formulën (4): kAP është raporti i zonës alumini-plastike me zonën e njëanshme të elektrodës së vetme pozitive dhe është më i madh se 1; SDAP është dendësia e sipërfaqes së aluminit-plastikës, kg/m2; mTab është masa totale e elektrodave pozitive dhe negative, nga e cila mund të shihet është një konstante; mTape është masa totale e shiritit, e cila mund të konsiderohet si një konstante; kS është raporti i sipërfaqes totale të ndarësit me sipërfaqen totale të fletës së elektrodës pozitive dhe është më i madh se 1; SDS është dendësia e sipërfaqes së ndarësit, kg/m2; kE është masa e elektrolitit dhe baterisë Raporti i kapacitetit, koeficienti është një numër pozitiv. Sipas kësaj, mund të konkludohet se rritja e çdo faktori të vetëm prej x, y dhe z do të rrisë energjinë specifike të baterisë.

Për të studiuar rëndësinë e ndikimit të numrit të njësive të pjesës së poleve, sasisë së veshjes së elektrodës pozitive dhe zonës së njëanshme të elektrodës së vetme pozitive në energjinë specifike dhe densitetin e energjisë së baterisë, një elektrokimik. rregullat e sistemit dhe projektimit (d.m.th., për të përcaktuar materialin dhe formulën e elektrodës, dendësinë e ngjeshjes dhe N/P, etj.), dhe më pas kombinoni në mënyrë ortogonale secilin nivel të tre faktorëve, siç është numri i njësive të pjesës së poleve, sasia e Veshja e elektrodës pozitive dhe zona e njëanshme e një pjese të vetme të elektrodës pozitive, për të krahasuar materialin e elektrodës të përcaktuar nga një grup i caktuar dhe analiza e diapazonit u krye në energjinë specifike të llogaritur dhe densitetin e energjisë së baterisë bazuar në formula, dendësia e ngjeshur dhe N/P. Dizajni ortogonal dhe rezultatet e llogaritjes janë paraqitur në Tabelën 1. Rezultatet e projektimit ortogonal janë analizuar duke përdorur metodën e diapazonit, dhe rezultatet janë paraqitur në figurën 1. Energjia specifike dhe dendësia e energjisë së baterisë rriten në mënyrë monotonike me numrin e njësive të pjesës së poleve , sasia e veshjes së elektrodës pozitive dhe zona e njëanshme e një elektrode pozitive me një pjesë. Ndër tre faktorët e numrit të njësive të pjesës së poleve, sasisë së veshjes së elektrodës pozitive dhe zonës së njëanshme të një elektrode të vetme pozitive, sasia e veshjes së elektrodës pozitive ka ndikimin më të rëndësishëm në energjinë specifike të bateri; Ndër tre faktorët e zonës së njëanshme, zona e njëanshme e katodës monolit ka ndikimin më të rëndësishëm në densitetin e energjisë së baterisë.

foto

foto

Mund të shihet nga Figura 1a se energjia specifike e baterisë rritet në mënyrë monotonike me numrin e njësive të pjesës së poleve, sasinë e veshjes së katodës dhe zonën e njëanshme të katodës me një pjesë, e cila verifikon korrektësinë e analiza teorike në pjesën e mëparshme; faktori më i rëndësishëm që ndikon në energjinë specifike të baterisë është sasia pozitive e veshjes. Mund të shihet nga Figura 1b se densiteti i energjisë i baterisë rritet në mënyrë monotonike me numrin e njësive të pjesës së poleve, sasinë e veshjes së elektrodës pozitive dhe zonën e njëanshme të një elektrode të vetme pozitive, e cila gjithashtu verifikon korrektësinë të analizës së mëparshme teorike; faktori më i rëndësishëm që ndikon në densitetin e energjisë së baterisë është zona e njëanshme e elektrodës pozitive monolit. Sipas analizës së mësipërme, për të përmirësuar energjinë specifike të baterisë, është çelësi që të rritet sa më shumë sasia e veshjes pozitive të elektrodës. Pas përcaktimit të kufirit të sipërm të pranueshëm të sasisë pozitive të veshjes së elektrodës, rregulloni nivelet e mbetura të faktorëve për të arritur kërkesat e klientit; Për densitetin e energjisë së baterisë, është çelësi për të rritur sa më shumë zonën e njëanshme të elektrodës pozitive monolit. Pas përcaktimit të kufirit të sipërm të pranueshëm të zonës së njëanshme të elektrodës pozitive monolit, rregulloni nivelet e mbetura të faktorëve për të përmbushur kërkesat e klientit.

Sipas kësaj, mund të konkludohet se energjia specifike dhe densiteti i energjisë së baterisë rriten monotonisht me numrin e njësive të pjesës së poleve, sasinë e veshjes së elektrodës pozitive dhe zonën e njëanshme të një elektrode të vetme pozitive. Ndër tre faktorët e numrit të njësive të pjesës së poleve, sasisë së veshjes së elektrodës pozitive dhe zonës së njëanshme të një elektrode të vetme pozitive, ndikimi i sasisë së veshjes së elektrodës pozitive në energjinë specifike të baterisë është më e rëndësishmja; Ndër tre faktorët e zonës së njëanshme, zona e njëanshme e katodës monolit ka ndikimin më të rëndësishëm në densitetin e energjisë së baterisë.

Më pas, sipas literaturës [2], diskutohet se si të minimizohet cilësia e baterisë kur kërkohet vetëm kapaciteti i baterisë, dhe madhësia e baterisë dhe treguesit e tjerë të performancës nuk kërkohen sipas sistemit të përcaktuar të materialit dhe teknologjisë së përpunimit. niveli. Llogaritja e cilësisë së baterisë me numrin e pllakave pozitive dhe raportin e aspektit të pllakave pozitive si variabla të pavarur tregohet në formulën (5).

foto

Në formulën (5), M(x, y) është masa totale e baterisë; x është numri i pllakave pozitive në bateri; y është raporti i pamjes së pllakave pozitive (vlera e tij është e barabartë me gjerësinë e ndarë me gjatësinë, siç tregohet në figurën 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 janë koeficientë, dhe vlerat e tyre përcaktohen nga 26 parametra që lidhen me kapacitetin e baterisë, sistemin e materialit dhe nivelin e teknologjisë së përpunimit, shih tabelën 2. Pasi të përcaktohen parametrat në tabelën 2 , çdo koeficient Më pas përcaktohet se lidhja ndërmjet 26 parametrave dhe k1, k2, k3, k4, k5, k6 dhe k7 është shumë e thjeshtë, por procesi i derivimit është shumë i rëndë. Duke nxjerrë matematikisht njoftimin (5), duke rregulluar numrin e pllakave pozitive dhe raportin e aspektit të pllakave pozitive, mund të merret cilësia minimale e baterisë që mund të arrihet nga dizajni i modelit.

foto

Figura 2 Diagrami skematik i gjatësisë dhe gjerësisë së baterisë së laminuar

Tabela 2 Parametrat e projektimit të qelizave të laminuara

foto

Në tabelën 2, vlera specifike është vlera aktuale e parametrit të baterisë me një kapacitet prej 50.3Ah. Parametrat përkatës përcaktojnë që k1, k2, k3, k4, k5, k6 dhe k7 janë përkatësisht 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609. , x është 21, y është 1.97006 (gjerësia e elektrodës pozitive është 329 mln dhe gjatësia është 167 mm). Pas optimizimit, kur numri i elektrodës pozitive është 51, cilësia e baterisë është më e vogla.