ТианЈинлисхен, Гуокуан Хи-Тецх и други тимови су у основи постигли истраживање и развој батерија снаге 300 Вх/кг. Поред тога, још увек постоји велики број јединица које се баве развојним и истраживачким радом.

Састав литијум-јонских батерија флексибилног паковања обично укључује позитивне електроде, негативне електроде, сепараторе, електролите и друге неопходне помоћне материјале, као што су језичци, траке и алуминијумске пластике. У складу са потребама дискусије, аутор овог рада дели супстанце у меком паковању литијум-јонске батерије у две категорије: комбинацију стубне јединице и материјала који не доприноси енергији. Јединица полног дела се односи на позитивну електроду плус негативну електроду, а све позитивне електроде и Негативна електрода се могу сматрати комбинацијом јединица полних делова састављених од неколико јединица полова; Енергетске супстанце које не доприносе се односе на све друге супстанце осим на комбинацију стубних јединица, као што су дијафрагме, електролити, полуге, алуминијумска пластика, заштитне траке и завршеци. трака итд. За уобичајене ЛиМО 2 (М = Цо, Ни и Ни-Цо-Мн, итд.)/карбонске системске Ли-јонске батерије, комбинација полних јединица одређује капацитет и енергију батерије.

Тренутно, да би се постигао циљ од 300Вх/кг специфичне енергије масе батерије, главне методе укључују:

(1) Изаберите систем материјала високог капацитета, позитивна електрода је направљена од тернарног никла, а негативна електрода је направљена од силицијумског угљеника;

(2) Дизајнирајте високонапонски електролит за побољшање напона прекида пуњења;

(3) Оптимизовати формулацију суспензије позитивне и негативне електроде и повећати удео активног материјала у електроди;

(4) Користите тању бакарну фолију и алуминијумску фолију да смањите удео струјних колектора;

(5) Повећати количину премаза позитивних и негативних електрода и повећати удео активних материјала у електродама;

(6) Контролишите количину електролита, смањите количину електролита и повећајте специфичну енергију литијум-јонских батерија;

(7) Оптимизујте структуру батерије и смањите удео језичака и материјала за паковање у батерији.

Међу три облика батерија од цилиндричног, квадратног тврдог омотача и меког ламинираног лима, мека батерија има карактеристике флексибилног дизајна, мале тежине, малог унутрашњег отпора, није лако експлодирати и много циклуса и специфичне енергије перформансе батерије су такође изванредне. Стога је литијум-јонска батерија од ламинираног меког паковања тренутно врућа тема истраживања. У процесу дизајна модела ламиниране меке литијум-јонске батерије, главне варијабле се могу поделити на следећих шест аспеката. Може се сматрати да су прва три одређена нивоом електрохемијског система и правилима пројектовања, а последња три су обично дизајн модела. варијабле од интереса.

(1) Материјали и формулације позитивних и негативних електрода;

(2) Густина сабијања позитивних и негативних електрода;

(3) Однос капацитета негативне електроде (Н) и капацитета позитивне електроде (П) (Н/П);

(4) Број јединица стубова (једнако броју позитивних стубова);

(5) Количина пресвлаке позитивне електроде (на основу одређивања Н/П, прво одредите количину пресвлаке позитивне електроде, а затим одредите количину премаза негативне електроде);

(6) Једнострана површина једне позитивне електроде (одређена је дужином и ширином позитивне електроде, када се одређују дужина и ширина позитивне електроде, одређује се и величина негативне електроде, и може се одредити величина ћелије).

Прво, према литератури [1], утицај броја полних делова, количине превлаке позитивне електроде и једностране површине једног дела позитивне електроде на специфичну енергију и густину енергије разговара се о батерији. Специфична енергија (ЕС) батерије може се изразити једначином (1).

слика

У формули (1): к је број позитивних електрода садржаних у батерији; и је количина превлаке позитивне електроде, кг/м2; з је једнострана површина једне позитивне електроде, м2; к∈Н*, и > 0, з > 0; е(и, з) је енергија коју јединица стуба може да допринесе, Вх, формула за прорачун је приказана у формули (2).

слика

У формули (2): ДАВ је средњи напон пражњења, В; ПЦ је однос масе активног материјала позитивне електроде према укупној маси активног материјала позитивне електроде плус проводљивог агенса и везива, %; СЦЦ је специфични капацитет активног материјала позитивне електроде, Ах / кг; м(и, з) је маса јединице стуба, кг, а формула за прорачун је приказана у формули (3).

слика

У формули (3): КЦТ је однос укупне површине монолитне позитивне електроде (збир површине премаза и површине језичка фолије) и једностране површине монолитне позитивне електроде, и износи већи од 1; ТАЛ је дебљина алуминијумског струјног колектора, м; ρАл је густина алуминијумског колектора струје, кг/м3; КА је однос укупне површине сваке негативне електроде и једностране површине једне позитивне електроде и већи је од 1; ТЦу је дебљина бакарног струјног колектора, м; ρЦу је колектор струје бакра. Густина, кг/м3; Н/П је однос капацитета негативне електроде и капацитета позитивне електроде; ПА је однос масе активног материјала негативне електроде према укупној маси активног материјала негативне електроде плус проводљивог средства и везива, %; СЦА је однос активног материјала негативне електроде Капацитет, Ах/кг. М(к, и, з) је маса супстанце која не доприноси енергији, кг, формула за израчунавање је приказана у формули (4)

слика

У формули (4): кАП је однос алуминијум-пластичне површине према једностраној површини једне позитивне електроде и већи је од 1; СДАП је површинска густина алуминијум-пластике, кг/м2; мТаб је укупна маса позитивне и негативне електроде, која се види из је константа; мТапе је укупна маса траке, која се може сматрати константом; кС је однос укупне површине сепаратора према укупној површини листа позитивне електроде и већи је од 1; СДС је површинска густина сепаратора, кг/м2; кЕ је маса електролита и батерије Однос капацитета, коефицијент је позитиван број. Према овоме, може се закључити да ће повећање било ког појединачног фактора к, и и з повећати специфичну енергију батерије.

Да би се проучио значај утицаја броја полних делова, количине премаза позитивне електроде и једностране површине једне позитивне електроде на специфичну енергију и густину енергије батерије, електрохемијски систем и правила дизајна (односно, да се одреди материјал електроде и формула, густина сабијања и Н/П, итд.), а затим ортогонално комбинују сваки ниво од три фактора, као што је број јединица стуба, количина пресвлака позитивне електроде, и једнострано подручје једног комада позитивне електроде, да се упореди материјал електроде одређен одређеном групом и извршена је анализа опсега на израчунату специфичну енергију и густину енергије батерије на основу формула, збијена густина и Н/П. Резултати ортогоналног дизајна и прорачуна приказани су у табели 1. Резултати ортогоналног дизајна су анализирани методом опсега, а резултати су приказани на слици 1. Специфична енергија и густина енергије батерије монотоно расту са бројем стубних јединица. , количина превлаке позитивне електроде и једнострана површина једноделне позитивне електроде. Међу три фактора броја полних делова, количине превлаке позитивне електроде и једностране површине једне позитивне електроде, количина превлаке позитивне електроде има најзначајнији утицај на специфичну енергију електроде. батерија; Међу три фактора једностране површине, једнострана површина монолитне катоде има најзначајнији утицај на густину енергије батерије.

слика

слика

На слици 1а се може видети да специфична енергија батерије монотоно расте са бројем полних делова, количином катодног премаза и једностраном површином једноделне катоде, чиме се потврђује исправност теоријска анализа у претходном делу; Најзначајнији фактор који утиче на специфичну енергију батерије је позитивна количина премаза. На слици 1б се може видети да се густина енергије батерије монотоно повећава са бројем полних делова, количином превлаке позитивне електроде и једностраном површином једне позитивне електроде, што такође потврђује исправност претходне теоријске анализе; Најзначајнији фактор који утиче на густину енергије батерије је једнострана површина монолитне позитивне електроде. Према горњој анализи, да би се побољшала специфична енергија батерије, кључно је повећати количину премаза позитивне електроде што је више могуће. Након одређивања прихватљиве горње границе количине слоја позитивне електроде, подесите преостале нивое фактора како бисте постигли захтеве купца; За густину енергије батерије, кључно је повећати једнострану површину монолитне позитивне електроде што је више могуће. Након одређивања прихватљиве горње границе једностране површине монолитне позитивне електроде, прилагодите преостале нивое фактора како би задовољили захтеве купца.

Према овоме, може се закључити да се специфична енергија и густина енергије батерије монотоно повећавају са бројем полних јединица, количином превлаке позитивне електроде и једностраном површином једне позитивне електроде. Међу три фактора броја полних делова, количине превлаке позитивне електроде и једностране површине једне позитивне електроде, утицај количине превлаке позитивне електроде на специфичну енергију батерије је најзначајнији; Међу три фактора једностране површине, једнострана површина монолитне катоде има најзначајнији утицај на густину енергије батерије.

Затим се, према литератури [2], говори о томе како минимизирати квалитет батерије када је потребан само капацитет батерије, а величина батерије и други показатељи перформанси нису потребни према утврђеном систему материјала и технологији обраде. ниво. Прорачун квалитета батерије са бројем позитивних плоча и односом ширине и висине позитивних плоча као независним варијаблама приказан је у формули (5).

слика

У формули (5), М(к, и) је укупна маса батерије; к је број позитивних плоча у батерији; и је однос ширине и висине позитивних плоча (његова вредност је једнака ширини подељеној са дужином, као што је приказано на слици 2); к1, к2, к3, к4, к5, к6, к7 су коефицијенти, а њихове вредности су одређене са 26 параметара који се односе на капацитет батерије, систем материјала и ниво технологије обраде, видети табелу 2. Након што се одреде параметри у табели 2. , сваки коефицијент Затим се утврђује да је однос између 26 параметара и к1, к2, к3, к4, к5, к6 и к7 веома једноставан, али је процес извођења веома тежак. Математичким извођењем најаве (5), подешавањем броја позитивних плоча и односа ширине и висине позитивних плоча, може се добити минимални квалитет батерије који се може постићи дизајном модела.

слика

Слика 2 Шематски дијаграм дужине и ширине ламиниране батерије

Табела 2 Параметри дизајна ламинираних ћелија

слика

У табели 2, специфична вредност је стварна вредност параметра батерије капацитета 50.3Ах. Релевантни параметри одређују да су к1, к2, к3, к4, к5, к6 и к7 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 респективно. , к је 21, и је 1.97006 (ширина позитивне електроде је 329 милиона, а дужина је 167 мм). Након оптимизације, када је број позитивне електроде 51, квалитет батерије је најмањи.