TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech na timu nyingine zimefanikisha utafiti na uundaji wa betri za nguvu za 300 Wh/kg. Aidha, bado kuna idadi kubwa ya vitengo vinavyofanya kazi zinazohusiana na maendeleo na utafiti.

Muundo wa betri zinazonyumbulika za lithiamu-ioni kwa kawaida hujumuisha elektrodi chanya, elektrodi hasi, vitenganishi, elektroliti, na vifaa vingine muhimu vya usaidizi, kama vile vichupo, kanda na plastiki za alumini. Kulingana na mahitaji ya majadiliano, mwandishi wa karatasi hii anagawanya vitu katika betri ya lithiamu-ioni ya pakiti laini katika makundi mawili: mchanganyiko wa kitengo cha kipande cha pole na nyenzo zisizo za kuchangia nishati. Kitengo cha kipande cha nguzo kinarejelea elektrodi chanya pamoja na elektrodi hasi, na elektrodi zote chanya na Electrodi hasi inaweza kuzingatiwa kuwa mchanganyiko wa vitengo vya kipande cha nguzo inayojumuisha vitengo kadhaa vya kipande cha nguzo; dutu za nishati zisizochangia hurejelea vitu vingine vyote isipokuwa mchanganyiko wa vipande vya vipande vya nguzo, kama vile diaphragm, elektroliti, vijiti vya nguzo, plastiki za alumini, tepi za kinga na kumalizia. mkanda nk Kwa LiMO 2 ya kawaida (M = Co, Ni na Ni-Co-Mn, nk.)/mfumo wa kaboni Betri za Li-ion, mchanganyiko wa vitengo vya kipande cha pole huamua uwezo na nishati ya betri.

Kwa sasa, ili kufikia lengo la 300Wh/kg ya nishati maalum ya betri, mbinu kuu ni pamoja na:

(1) Chagua mfumo wa nyenzo zenye uwezo wa juu, elektrodi chanya imetengenezwa na ternary ya juu ya nikeli, na elektrodi hasi imetengenezwa na kaboni ya silicon;

(2) Tengeneza elektroliti ya juu-voltage ili kuboresha voltage ya kukatwa kwa malipo;

(3) Kuboresha uundaji wa tope chanya na hasi ya elektrodi na kuongeza sehemu ya nyenzo hai katika elektrodi;

(4) Tumia karatasi nyembamba ya shaba na karatasi ya alumini ili kupunguza uwiano wa watoza wa sasa;

(5) Kuongeza kiasi cha mipako ya electrodes chanya na hasi, na kuongeza uwiano wa vifaa vya kazi katika electrodes;

(6) Kudhibiti kiasi cha elektroliti, kupunguza kiasi cha elektroliti na kuongeza nishati maalum ya betri za lithiamu-ioni;

(7) Boresha muundo wa betri na upunguze uwiano wa vichupo na vifaa vya upakiaji kwenye betri.

Kati ya aina tatu za betri za silinda, ganda gumu la mraba na karatasi ya laminate ya pakiti laini, betri ya pakiti laini ina sifa za muundo unaonyumbulika, uzani mwepesi, upinzani mdogo wa ndani, si rahisi kulipuka, na mizunguko mingi, na nishati maalum. utendaji wa betri pia ni bora. Kwa hivyo, betri ya lithiamu-ioni yenye nguvu ya laminated ni mada ya utafiti moto kwa sasa. Katika mchakato wa muundo wa mfano wa betri ya lithiamu-ioni ya pakiti laini ya laminated, vigezo kuu vinaweza kugawanywa katika vipengele sita vifuatavyo. Tatu za kwanza zinaweza kuchukuliwa kuamua na kiwango cha mfumo wa electrochemical na sheria za kubuni, na tatu za mwisho ni kawaida ya kubuni ya mfano. vigezo vya maslahi.

(1) Nyenzo chanya na hasi za elektrodi na uundaji;

(2) msongamano msongamano wa electrodes chanya na hasi;

(3) Uwiano wa uwezo hasi wa elektrodi (N) kwa uwezo mzuri wa elektrodi (P) (N/P);

(4) Idadi ya vipande vya kipande cha nguzo (sawa na idadi ya vipande vyema);

(5) Chanya electrode mipako kiasi (kwa misingi ya uamuzi N/P, kwanza kuamua chanya electrode mipako kiasi, na kisha kuamua hasi electrode mipako kiasi);

(6) Eneo la upande mmoja wa electrode moja chanya (imedhamiriwa na urefu na upana wa electrode chanya, wakati urefu na upana wa electrode chanya imedhamiriwa, saizi ya elektrodi hasi pia imedhamiriwa, na saizi ya seli inaweza kuamua).

Kwanza, kwa mujibu wa fasihi [1], ushawishi wa idadi ya vipande vya kipande cha pole, kiasi cha mipako chanya ya electrode na eneo la upande mmoja wa kipande kimoja cha electrode chanya kwenye nishati maalum na msongamano wa nishati ya betri inajadiliwa. Nishati maalum (ES) ya betri inaweza kuonyeshwa kwa equation (1).

picha

Katika formula (1): x ni idadi ya electrodes chanya zilizomo katika betri; y ni kiasi cha mipako ya electrode chanya, kg/m2; z ni eneo la upande mmoja wa electrode moja chanya, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) ni nishati ambayo kitengo cha kipande cha nguzo kinaweza kuchangia, Wh, fomula ya kukokotoa inaonyeshwa katika fomula (2).

picha

Katika fomula (2): DAV ni wastani wa voltage ya kutokwa, V; PC ni uwiano wa wingi wa nyenzo hai ya elektrodi kwa jumla ya nyenzo hai ya elektrodi pamoja na wakala wa conductive na binder,%; SCC ni uwezo maalum wa nyenzo chanya ya electrode hai, Ah / kg; m(y, z) ni uzito wa kizio cha kipande cha nguzo, kilo, na fomula ya hesabu imeonyeshwa katika fomula (3).

picha

Katika fomula (3): KCT ni uwiano wa jumla ya eneo la elektrodi chanya ya monolithic (jumla ya eneo la mipako na eneo la karatasi ya kichupo) hadi eneo la upande mmoja wa elektrodi chanya ya monolithic, na ni zaidi ya 1; Tal ni unene wa mtozaji wa sasa wa alumini, m; ρAl ni msongamano wa mtozaji wa sasa wa alumini, kg/m3; KA ni uwiano wa jumla wa eneo la kila electrode hasi kwa eneo la upande mmoja wa electrode moja chanya, na ni kubwa kuliko 1; TCu ni unene wa mtozaji wa sasa wa shaba, m; ρCu ndiye mtozaji wa sasa wa shaba. Msongamano, kg/m3; N / P ni uwiano wa uwezo hasi wa electrode kwa uwezo mzuri wa electrode; PA ni uwiano wa molekuli hasi ya elektrodi amilifu kwa jumla ya nyenzo hasi ya elektrodi hai pamoja na wakala wa conductive na binder,%; SCA ni uwiano wa uwezo hasi wa elektrodi hai, Ah/kg. M(x, y, z) ni wingi wa dutu isiyochangia nishati, kilo, fomula ya hesabu inaonyeshwa katika fomula (4)

picha

Katika formula (4): kAP ni uwiano wa eneo la alumini-plastiki kwa eneo la upande mmoja wa electrode moja chanya, na ni kubwa kuliko 1; SDAP ni wiani wa eneo la alumini-plastiki, kg/m2; mTab ni misa ya jumla ya elektroni chanya na hasi, ambayo inaweza kuonekana kutoka kwa mara kwa mara; mTape ni misa ya jumla ya mkanda, ambayo inaweza kuzingatiwa kuwa ya kudumu; kS ni uwiano wa jumla ya eneo la kitenganishi kwa jumla ya eneo la karatasi chanya ya electrode, na ni kubwa kuliko 1; SDS ni wiani wa eneo la kitenganishi, kg/m2; kE ni wingi wa elektroliti na betri Uwiano wa uwezo, mgawo ni nambari nzuri. Kwa mujibu wa hili, inaweza kuhitimishwa kuwa ongezeko la sababu yoyote ya x, y na z itaongeza nishati maalum ya betri.

Ili kusoma umuhimu wa ushawishi wa idadi ya vitengo vya kipande cha nguzo, kiasi cha mipako ya elektrodi chanya na eneo la upande mmoja wa elektrodi chanya kwenye nishati maalum na msongamano wa nishati ya betri, kemikali ya umeme. mfumo na sheria za muundo (yaani, kuamua nyenzo na fomula ya elektrodi, msongamano wa mshikamano na N/P, n.k.), na kisha kuchanganya kila ngazi ya vipengele vitatu, kama vile idadi ya vipande vya pole, kiasi cha mipako chanya ya elektrodi, na eneo la upande mmoja wa kipande kimoja cha elektrodi chanya, kulinganisha nyenzo za elektrodi zilizoamuliwa na kikundi fulani na uchambuzi wa safu ulifanywa kwa mahesabu maalum ya nishati na wiani wa nishati ya betri kulingana na formula, msongamano uliounganishwa na N/P. Muundo wa othogonal na matokeo ya hesabu yameonyeshwa katika Jedwali 1. Matokeo ya muundo wa othogonal yalichanganuliwa kwa kutumia mbinu mbalimbali, na matokeo yanaonyeshwa kwenye Mchoro 1. Msongamano mahususi wa nishati na nishati ya betri huongezeka kwa monotoni kwa idadi ya vipande vya nguzo. , kiasi cha mipako chanya ya elektrodi, na eneo la upande mmoja wa elektrodi chanya ya kipande kimoja. Miongoni mwa mambo matatu ya idadi ya vitengo vya kipande cha pole, kiasi cha mipako chanya ya elektrodi, na eneo la upande mmoja wa elektrodi moja chanya, kiasi cha mipako chanya ya elektrodi ina athari kubwa zaidi kwa nishati maalum ya umeme. betri; Miongoni mwa mambo matatu ya eneo la upande mmoja, eneo la upande mmoja wa cathode ya monolithic ina athari kubwa zaidi kwenye msongamano wa nishati ya betri.

picha

picha

Inaweza kuonekana kutoka kwa Mchoro 1a kwamba nishati maalum ya betri huongezeka kwa monotonically na idadi ya vitengo vya kipande cha pole, kiasi cha mipako ya cathode, na eneo la upande mmoja wa cathode ya kipande kimoja, ambayo inathibitisha usahihi wa uchambuzi wa kinadharia katika sehemu iliyopita; jambo muhimu zaidi linaloathiri nishati maalum ya betri ni kiasi cha mipako chanya. Inaweza kuonekana kutoka kwa Mchoro 1b kwamba msongamano wa nishati ya betri huongezeka mara moja na idadi ya vitengo vya kipande cha pole, kiasi cha mipako chanya ya elektroni, na eneo la upande mmoja wa elektrodi chanya, ambayo pia inathibitisha usahihi. uchambuzi wa awali wa kinadharia; jambo muhimu zaidi linaloathiri wiani wa nishati ya betri ni eneo la upande mmoja wa electrode chanya ya monolithic. Kwa mujibu wa uchambuzi hapo juu, ili kuboresha nishati maalum ya betri, ni ufunguo wa kuongeza kiasi cha mipako ya electrode chanya iwezekanavyo. Baada ya kuamua kikomo cha juu kinachokubalika cha kiasi cha mipako ya electrode chanya, kurekebisha viwango vya sababu iliyobaki ili kufikia mahitaji ya mteja; Kwa msongamano wa nishati ya betri, ni ufunguo wa kuongeza eneo la upande mmoja wa electrode chanya ya monolithic iwezekanavyo. Baada ya kuamua kikomo cha juu kinachokubalika cha eneo la upande mmoja wa elektrodi chanya ya monolithic, rekebisha viwango vya sababu vilivyobaki ili kukidhi mahitaji ya mteja.

Kulingana na hili, inaweza kuhitimishwa kuwa msongamano maalum wa nishati na nishati ya betri huongezeka kwa usawa na idadi ya vitengo vya kipande cha pole, kiasi cha mipako chanya ya elektroni, na eneo la upande mmoja wa elektroni moja chanya. Miongoni mwa mambo matatu ya idadi ya vitengo vya kipande cha pole, kiasi cha mipako chanya ya electrode, na eneo la upande mmoja wa electrode moja chanya, athari ya kiasi cha mipako chanya ya elektrodi kwenye nishati maalum ya betri ni. muhimu zaidi; Miongoni mwa mambo matatu ya eneo la upande mmoja, eneo la upande mmoja wa cathode ya monolithic ina athari kubwa zaidi kwenye msongamano wa nishati ya betri.

Kisha, kwa mujibu wa maandiko [2], inajadiliwa jinsi ya kupunguza ubora wa betri wakati tu uwezo wa betri unahitajika, na ukubwa wa betri na viashiria vingine vya utendaji hazihitajiki chini ya mfumo wa nyenzo uliowekwa na teknolojia ya usindikaji. kiwango. Hesabu ya ubora wa betri na idadi ya vibao chanya na uwiano wa vibao chanya kama vigeu vinavyojitegemea huonyeshwa katika fomula (5).

picha

Katika fomula (5), M(x, y) ni jumla ya wingi wa betri; x ni idadi ya sahani chanya kwenye betri; y ni uwiano wa kipengele cha sahani chanya (thamani yake ni sawa na upana uliogawanywa na urefu, kama inavyoonekana kwenye Mchoro 2); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 ni mgawo, na maadili yao yamedhamiriwa na vigezo 26 vinavyohusiana na uwezo wa betri, mfumo wa nyenzo na kiwango cha teknolojia ya usindikaji, angalia Jedwali 2. Baada ya vigezo katika Jedwali 2 kuamuliwa. , kila mgawo Kisha imedhamiriwa kuwa uhusiano kati ya vigezo 26 na k1, k2, k3, k4, k5, k6, na k7 ni rahisi sana, lakini mchakato wa derivation ni mbaya sana. Kwa kupata tangazo la hisabati (5), kwa kurekebisha idadi ya sahani chanya na uwiano wa kipengele cha sahani chanya, kiwango cha chini cha ubora wa betri ambacho kinaweza kupatikana kwa muundo wa mfano kinaweza kupatikana.

picha

Mchoro 2 Mchoro wa mpangilio wa urefu na upana wa betri ya laminated

Jedwali 2 Vigezo vya muundo wa seli za laminated

picha

Katika Jedwali 2, thamani maalum ni thamani halisi ya parameter ya betri yenye uwezo wa 50.3Ah. Vigezo husika huamua kuwa k1, k2, k3, k4, k5, k6, na k7 ni 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 mtawalia. , x ni 21, y ni 1.97006 (upana wa electrode chanya ni 329 mln, na urefu ni 167 mm). Baada ya uboreshaji, wakati idadi ya electrode chanya ni 51, ubora wa betri ni mdogo zaidi.