TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech மற்றும் பிற குழுக்கள் அடிப்படையில் 300 Wh/kg பவர் பேட்டரிகளின் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டை அடைந்துள்ளன. கூடுதலாக, இன்னும் ஏராளமான அலகுகள் தொடர்புடைய வளர்ச்சி மற்றும் ஆராய்ச்சி பணிகளை மேற்கொள்கின்றன.

நெகிழ்வான பேக்கேஜிங் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் கலவை பொதுவாக நேர்மறை மின்முனைகள், எதிர்மறை மின்முனைகள், பிரிப்பான்கள், எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் தாவல்கள், நாடாக்கள் மற்றும் அலுமினிய பிளாஸ்டிக்குகள் போன்ற பிற தேவையான துணைப் பொருட்களை உள்ளடக்கியது. விவாதத்தின் தேவைகளின்படி, இந்த கட்டுரையின் ஆசிரியர் மென்மையான-பேக் லித்தியம்-அயன் பேட்டரியில் உள்ள பொருட்களை இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கிறார்: துருவ துண்டு அலகு மற்றும் ஆற்றல்-பங்காற்றாத பொருள் ஆகியவற்றின் கலவை. துருவ துண்டு அலகு ஒரு நேர்மறை மின்முனை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனையைக் குறிக்கிறது, மேலும் அனைத்து நேர்மறை மின்முனைகளும் எதிர்மறை மின்முனையும் பல துருவ துண்டு அலகுகளைக் கொண்ட துருவ துண்டு அலகுகளின் கலவையாகக் கருதப்படலாம்; பங்களிக்காத ஆற்றல் பொருட்கள், உதரவிதானங்கள், எலக்ட்ரோலைட்டுகள், துருவ லக்குகள், அலுமினிய பிளாஸ்டிக்குகள், பாதுகாப்பு நாடாக்கள் மற்றும் முனைகள் போன்ற துருவ துண்டு அலகுகளின் கலவையைத் தவிர மற்ற அனைத்து பொருட்களையும் குறிக்கின்றன. டேப் போன்றவை. பொதுவான LiMO 2 (M = Co, Ni மற்றும் Ni-Co-Mn, முதலியன)/கார்பன் அமைப்பு Li-ion பேட்டரிகளுக்கு, துருவ துண்டு அலகுகளின் கலவையானது பேட்டரியின் திறன் மற்றும் ஆற்றலைத் தீர்மானிக்கிறது.

தற்போது, ​​300Wh/கிலோ பேட்டரி நிறை குறிப்பிட்ட ஆற்றலை அடைய, முக்கிய முறைகள் பின்வருமாறு:

(1) அதிக திறன் கொண்ட பொருள் அமைப்பைத் தேர்ந்தெடுங்கள், நேர்மறை மின்முனையானது உயர் நிக்கல் மும்முனையினால் ஆனது மற்றும் எதிர்மறை மின்முனையானது சிலிக்கான் கார்பனால் ஆனது;

(2) சார்ஜ் கட்-ஆஃப் மின்னழுத்தத்தை மேம்படுத்த உயர் மின்னழுத்த எலக்ட்ரோலைட்டை வடிவமைத்தல்;

(3) நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை எலெக்ட்ரோடு குழம்பு உருவாக்கத்தை மேம்படுத்துதல் மற்றும் மின்முனையில் செயல்படும் பொருளின் விகிதத்தை அதிகரிக்கவும்;

(4) தற்போதைய சேகரிப்பாளர்களின் விகிதத்தைக் குறைக்க மெல்லிய செப்புத் தகடு மற்றும் அலுமினியத் தகடு ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தவும்;

(5) நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளின் பூச்சு அளவை அதிகரிக்கவும், மின்முனைகளில் செயலில் உள்ள பொருட்களின் விகிதத்தை அதிகரிக்கவும்;

(6) எலக்ட்ரோலைட்டின் அளவைக் கட்டுப்படுத்தவும், எலக்ட்ரோலைட்டின் அளவைக் குறைக்கவும் மற்றும் லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலை அதிகரிக்கவும்;

(7) பேட்டரியின் கட்டமைப்பை மேம்படுத்தவும் மற்றும் பேட்டரியில் உள்ள தாவல்கள் மற்றும் பேக்கேஜிங் பொருட்களின் விகிதத்தைக் குறைக்கவும்.

உருளை, சதுர கடினமான ஷெல் மற்றும் சாஃப்ட்-பேக் லேமினேட் ஷீட் ஆகிய மூன்று பேட்டரி வடிவங்களில், மென்மையான-பேக் பேட்டரி நெகிழ்வான வடிவமைப்பு, குறைந்த எடை, குறைந்த உள் எதிர்ப்பு, வெடிக்க எளிதானது அல்ல, மற்றும் பல சுழற்சிகள் மற்றும் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் ஆகியவற்றின் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. பேட்டரியின் செயல்திறனும் சிறப்பாக உள்ளது. எனவே, லேமினேட் செய்யப்பட்ட சாஃப்ட்-பேக் பவர் லித்தியம்-அயன் பேட்டரி தற்போது பரபரப்பான ஆராய்ச்சி தலைப்பு. லேமினேட் செய்யப்பட்ட சாஃப்ட்-பேக் பவர் லித்தியம்-அயன் பேட்டரியின் மாதிரி வடிவமைப்பு செயல்பாட்டில், முக்கிய மாறிகள் பின்வரும் ஆறு அம்சங்களாகப் பிரிக்கப்படலாம். முதல் மூன்று மின் வேதியியல் அமைப்பு மற்றும் வடிவமைப்பு விதிகளின் நிலை மூலம் தீர்மானிக்கப்படும் என்று கருதலாம், மேலும் பிந்தைய மூன்று பொதுவாக மாதிரி வடிவமைப்பு ஆகும். வட்டி மாறிகள்.

(1) நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனை பொருட்கள் மற்றும் சூத்திரங்கள்;

(2) நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளின் சுருக்க அடர்த்தி;

(3) எதிர்மறை மின்முனை திறன் (N) மற்றும் நேர்மறை மின்முனை திறன் (P) (N/P) விகிதம்;

(4) துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை (நேர்மறை துருவ துண்டுகளின் எண்ணிக்கைக்கு சமம்);

(5) நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு (N/P தீர்மானத்தின் அடிப்படையில், முதலில் நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவை தீர்மானிக்கவும், பின்னர் எதிர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவை தீர்மானிக்கவும்);

(6) ஒற்றை நேர் மின்முனையின் ஒற்றைப் பக்கப் பகுதி (நேர்மறை மின்முனையின் நீளம் மற்றும் அகலத்தால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, நேர்மறை மின்முனையின் நீளம் மற்றும் அகலம் தீர்மானிக்கப்படும்போது, ​​எதிர்மறை மின்முனையின் அளவும் தீர்மானிக்கப்படுகிறது, மற்றும் கலத்தின் அளவை தீர்மானிக்க முடியும்).

முதலாவதாக, இலக்கியத்தின் படி [1], துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு மற்றும் நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றைப் பக்க பகுதியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியின் மீதான தாக்கம் பேட்டரி விவாதிக்கப்படுகிறது. பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலை (ES) சமன்பாடு (1) மூலம் வெளிப்படுத்தலாம்.

படம்

சூத்திரத்தில் (1): x என்பது பேட்டரியில் உள்ள நேர்மறை மின்முனைகளின் எண்ணிக்கை; y என்பது நேர்மறை மின்முனையின் பூச்சு அளவு, kg/m2; z என்பது ஒற்றை நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றை பக்க பகுதி, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) என்பது ஒரு துருவ துண்டு அலகு பங்களிக்கக்கூடிய ஆற்றலாகும், Wh, கணக்கீட்டு சூத்திரம் சூத்திரத்தில் (2) காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம்

சூத்திரத்தில் (2): DAV என்பது சராசரி வெளியேற்ற மின்னழுத்தம், V; பிசி என்பது நேர்மறை எலக்ட்ரோடு செயலில் உள்ள பொருளின் நிறை மற்றும் நேர்மறை மின்முனை செயலில் உள்ள பொருளின் மொத்த நிறை மற்றும் கடத்தும் முகவர் மற்றும் பைண்டர், %; SCC என்பது நேர்மறை மின்முனை செயலில் உள்ள பொருளின் குறிப்பிட்ட திறன், Ah / kg; m(y, z) என்பது ஒரு துருவ துண்டு அலகின் நிறை, கிலோ, மற்றும் கணக்கீட்டு சூத்திரம் சூத்திரத்தில் (3) காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம்

சூத்திரத்தில் (3): KCT என்பது மோனோலிதிக் நேர்மறை மின்முனையின் மொத்த பரப்பளவு (பூச்சுப் பகுதி மற்றும் தாவல் படலம் பகுதியின் கூட்டுத்தொகை) ஒற்றைப் பக்க நேர்மறை மின்முனையின் விகிதமாகும். 1 ஐ விட பெரியது; TAl என்பது அலுமினிய மின்னோட்ட சேகரிப்பாளரின் தடிமன், m; ρAl என்பது அலுமினிய மின்னோட்ட சேகரிப்பாளரின் அடர்த்தி, kg/m3; KA என்பது ஒவ்வொரு எதிர்மறை மின்முனையின் மொத்த பரப்பளவிற்கும் ஒற்றை நேர்மின்முனையின் ஒற்றை பக்க பகுதிக்கும் உள்ள விகிதமாகும், மேலும் இது 1ஐ விட அதிகமாகும்; TCu என்பது செப்பு மின்னோட்ட சேகரிப்பாளரின் தடிமன், m; ρCu என்பது செப்பு மின்னோட்ட சேகரிப்பான். அடர்த்தி, கிலோ/மீ3; N/P என்பது எதிர்மறை மின்முனை திறனுக்கும் நேர்மறை மின்முனை திறனுக்கும் உள்ள விகிதமாகும்; PA என்பது எதிர்மறை மின்முனை செயலில் உள்ள பொருள் நிறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனை செயலில் உள்ள பொருள் மற்றும் கடத்தும் முகவர் மற்றும் பைண்டர், % ஆகியவற்றின் மொத்த நிறை விகிதமாகும்; SCA என்பது எதிர்மறை மின்முனையின் செயலில் உள்ள பொருள் கொள்ளளவு, Ah/kg விகிதமாகும். M(x, y, z) என்பது ஆற்றல்-பங்காற்றாத பொருளின் நிறை, கிலோ, கணக்கீட்டு சூத்திரம் சூத்திரத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது (4)

படம்

சூத்திரத்தில் (4): கேஏபி என்பது அலுமினியம்-பிளாஸ்டிக் பகுதியின் ஒற்றை நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றை-பக்க பகுதிக்கு விகிதமாகும், மேலும் இது 1 ஐ விட அதிகமாகும்; SDAP என்பது அலுமினிய பிளாஸ்டிக்கின் பரப்பளவு அடர்த்தி, கிலோ/மீ2; mTab என்பது நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளின் மொத்த நிறை ஆகும், இது ஒரு மாறிலியில் இருந்து பார்க்க முடியும்; mTape என்பது டேப்பின் மொத்த நிறை, இது ஒரு மாறிலியாகக் கருதப்படலாம்; kS என்பது நேர் மின்முனைத் தாளின் மொத்த பரப்பளவிற்கு பிரிப்பானின் மொத்தப் பரப்பின் விகிதமாகும், மேலும் இது 1ஐ விட அதிகமாகும்; SDS என்பது பிரிப்பானின் பரப்பளவு அடர்த்தி, kg/m2; kE என்பது எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் பேட்டரியின் நிறை, திறன் விகிதம், குணகம் நேர்மறை எண். இதன்படி, x, y மற்றும் z இன் எந்த ஒரு காரணியின் அதிகரிப்பும் பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலை அதிகரிக்கும் என்று முடிவு செய்யலாம்.

மின்கலத்தின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியின் மீது துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, நேர்மறை மின்முனையின் பூச்சு அளவு மற்றும் ஒற்றை நேர்மின்முனையின் ஒற்றைப் பக்கப் பகுதி ஆகியவற்றின் செல்வாக்கின் முக்கியத்துவத்தை ஆய்வு செய்வதற்காக, ஒரு மின்வேதியியல் அமைப்பு மற்றும் வடிவமைப்பு விதிகள் (அதாவது, மின்முனை பொருள் மற்றும் சூத்திரம், சுருக்க அடர்த்தி மற்றும் N/P, முதலியவை தீர்மானிக்க), பின்னர் துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, அளவு போன்ற மூன்று காரணிகளின் ஒவ்வொரு நிலையையும் செங்கோணமாக இணைக்கவும். நேர்மறை மின்முனை பூச்சு, மற்றும் நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றைத் துண்டின் ஒற்றைப் பக்கப் பகுதி, ஒரு குறிப்பிட்ட குழுவால் நிர்ணயிக்கப்பட்ட மின்முனைப் பொருளை ஒப்பிட்டுப் பார்க்கவும் மற்றும் பேட்டரியின் கணக்கிடப்பட்ட குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியின் அடிப்படையில் வரம்பு பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது. சூத்திரம், சுருக்கப்பட்ட அடர்த்தி மற்றும் N/P. ஆர்த்தோகனல் வடிவமைப்பு மற்றும் கணக்கீடு முடிவுகள் அட்டவணை 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. ஆர்த்தோகனல் வடிவமைப்பு முடிவுகள் வரம்பு முறையைப் பயன்படுத்தி பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டன, மேலும் முடிவுகள் படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கையுடன் பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தி ஒரே மாதிரியாக அதிகரிக்கிறது. , நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு, மற்றும் ஒற்றை-துண்டு நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றை பக்க பகுதி. துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு மற்றும் ஒற்றை நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றை பக்க பகுதி ஆகிய மூன்று காரணிகளில், நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு குறிப்பிட்ட ஆற்றலில் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. மின்கலம்; ஒற்றை-பக்க பகுதியின் மூன்று காரணிகளில், ஒற்றைப் பக்க கேத்தோடின் ஒற்றை-பக்க பகுதி பேட்டரியின் ஆற்றல் அடர்த்தியில் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது.

படம்

படம்

துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, கேத்தோடு பூச்சு அளவு மற்றும் ஒற்றை-துண்டு கேத்தோடின் ஒற்றை-பக்க பகுதி ஆகியவற்றுடன் பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் ஒரே மாதிரியாக அதிகரிக்கிறது என்பதை படம் 1a இலிருந்து காணலாம், இது சரியான தன்மையை சரிபார்க்கிறது. முந்தைய பகுதியில் கோட்பாட்டு பகுப்பாய்வு; பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலை பாதிக்கும் மிக முக்கியமான காரணி நேர்மறை பூச்சு அளவு. துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு மற்றும் ஒற்றை நேர் மின்முனையின் ஒற்றைப் பக்கப் பகுதி ஆகியவற்றுடன் பேட்டரியின் ஆற்றல் அடர்த்தி ஒரே மாதிரியாக அதிகரிக்கிறது என்பதை படம் 1b இலிருந்து காணலாம், இது சரியான தன்மையையும் சரிபார்க்கிறது. முந்தைய கோட்பாட்டு பகுப்பாய்வு; பேட்டரி ஆற்றல் அடர்த்தியை பாதிக்கும் மிக முக்கியமான காரணி ஒற்றைப் பக்க பாசிட்டிவ் எலக்ட்ரோடு ஆகும். மேலே உள்ள பகுப்பாய்வின் படி, பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலை மேம்படுத்த, நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவை முடிந்தவரை அதிகரிப்பது முக்கியம். நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய மேல் வரம்பை தீர்மானித்த பிறகு, வாடிக்கையாளர் தேவைகளை அடைய மீதமுள்ள காரணி நிலைகளை சரிசெய்யவும்; பேட்டரியின் ஆற்றல் அடர்த்திக்கு, மோனோலிதிக் நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றை பக்க பகுதியை முடிந்தவரை அதிகரிப்பது முக்கியம். மோனோலிதிக் நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றைப் பக்கப் பகுதியின் ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய மேல் வரம்பை தீர்மானித்த பிறகு, வாடிக்கையாளரின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய மீதமுள்ள காரணி நிலைகளை சரிசெய்யவும்.

இதன்படி, மின்கலத்தின் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்தியானது துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு மற்றும் ஒற்றை நேர்மின்முனையின் ஒற்றைப் பக்கப் பகுதி ஆகியவற்றுடன் ஒரே மாதிரியாக அதிகரிக்கிறது என்று முடிவு செய்யலாம். துருவ துண்டு அலகுகளின் எண்ணிக்கை, நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு மற்றும் ஒற்றை நேர்மறை மின்முனையின் ஒற்றை பக்க பகுதி ஆகிய மூன்று காரணிகளில், பேட்டரியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலில் நேர்மறை மின்முனை பூச்சு அளவு தாக்கம் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க; ஒற்றை-பக்க பகுதியின் மூன்று காரணிகளில், ஒற்றைப் பக்க கேத்தோடின் ஒற்றை-பக்க பகுதி பேட்டரியின் ஆற்றல் அடர்த்தியில் மிகவும் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது.

பின்னர், இலக்கியத்தின் படி [2], பேட்டரியின் திறன் மட்டுமே தேவைப்படும்போது பேட்டரியின் தரத்தை எவ்வாறு குறைப்பது என்பது விவாதிக்கப்படுகிறது, மேலும் தீர்மானிக்கப்பட்ட பொருள் அமைப்பு மற்றும் செயலாக்க தொழில்நுட்பத்தின் கீழ் பேட்டரி அளவு மற்றும் பிற செயல்திறன் குறிகாட்டிகள் தேவையில்லை. நிலை. நேர்மறை தகடுகளின் எண்ணிக்கை மற்றும் நேர்மறை தகடுகளின் விகிதத்தை சார்பற்ற மாறிகளாகக் கொண்டு பேட்டரி தரத்தின் கணக்கீடு சூத்திரத்தில் (5) காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம்

சூத்திரத்தில் (5), M(x, y) என்பது பேட்டரியின் மொத்த நிறை; x என்பது பேட்டரியில் உள்ள நேர்மறை தட்டுகளின் எண்ணிக்கை; y என்பது நேர்மறை தகடுகளின் விகிதமாகும் (அதன் மதிப்பு படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, நீளத்தால் வகுக்கப்படும் அகலத்திற்கு சமம்); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 ஆகியவை குணகங்களாகும், மேலும் அவற்றின் மதிப்புகள் பேட்டரி திறன், பொருள் அமைப்பு மற்றும் செயலாக்க தொழில்நுட்ப நிலை தொடர்பான 26 அளவுருக்களால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன, அட்டவணை 2 ஐப் பார்க்கவும். அட்டவணை 2 இல் உள்ள அளவுருக்கள் தீர்மானிக்கப்பட்ட பிறகு , ஒவ்வொரு குணகமும் 26 அளவுருக்கள் மற்றும் k1, k2, k3, k4, k5, k6 மற்றும் k7 ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான உறவு மிகவும் எளிமையானது என்று தீர்மானிக்கப்படுகிறது, ஆனால் வழித்தோன்றல் செயல்முறை மிகவும் சிக்கலானது. அறிவிப்பை (5) கணித ரீதியாக பெறுவதன் மூலம், நேர்மறை தட்டுகளின் எண்ணிக்கை மற்றும் நேர்மறை தட்டுகளின் விகிதத்தை சரிசெய்வதன் மூலம், மாதிரி வடிவமைப்பால் அடையக்கூடிய குறைந்தபட்ச பேட்டரி தரத்தைப் பெறலாம்.

படம்

படம் 2 லேமினேட் செய்யப்பட்ட பேட்டரியின் நீளம் மற்றும் அகலத்தின் திட்ட வரைபடம்

அட்டவணை 2 லேமினேட் செல் வடிவமைப்பு அளவுருக்கள்

படம்

அட்டவணை 2 இல், குறிப்பிட்ட மதிப்பு என்பது 50.3Ah திறன் கொண்ட பேட்டரியின் உண்மையான அளவுரு மதிப்பாகும். தொடர்புடைய அளவுருக்கள் k1, k2, k3, k4, k5, k6 மற்றும் k7 ஆகியவை முறையே 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 ஆகும். , x என்பது 21, y என்பது 1.97006 (நேர்மறை மின்முனையின் அகலம் 329 மில்லியன், மற்றும் நீளம் 167 மிமீ). தேர்வுமுறைக்குப் பிறகு, நேர்மறை மின்முனையின் எண்ணிக்கை 51 ஆக இருக்கும் போது, ​​பேட்டரி தரமானது மிகச் சிறியதாக இருக்கும்.