TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech ва дигар дастаҳо асосан ба тадқиқот ва таҳияи батареяҳои барқии 300 Вт / кг ноил шудаанд. Гайр аз ин, хануз бисьёр звенохое хастанд, ки корхои конструкторию тадкикотии дахлдорро ичро мекунанд.

Таркиби батареяҳои литий-ионии бастабандии чандир одатан электродҳои мусбат, электродҳои манфӣ, сепараторҳо, электролитҳо ва дигар маводи ёрирасон, аз қабили лавҳаҳо, лентаҳо ва пластикаи алюминийро дар бар мегиранд. Мувофиқи ниёзҳои баҳс, муаллифи ин мақола моддаҳои батареяи литий-ионии нармро ба ду гурӯҳ тақсим мекунад: маҷмӯи воҳиди қутбӣ ва маводи ғайриэнергетикӣ. Воҳиди порчаи қутб ба электроди мусбӣ ва як электроди манфӣ дахл дорад ва ҳама электродҳои мусбат ва электроди манфиро метавон ҳамчун омезиши воҳидҳои порчаи қутб, ки аз якчанд воҳиди порчаи қутб иборат аст, баррасӣ кард; моддаҳои энергетикии бидуни саҳм ба ҳама моддаҳои дигар, ба истиснои маҷмӯи воҳидҳои қутбӣ, аз қабили диафрагмаҳо, электролитҳо, қутбҳо, пластмассаҳои алюминий, лентаҳои муҳофизатӣ ва терминалҳо. лента ва ғ. Барои батареяҳои маъмулии LiMO 2 (M = Co, Ni ва Ni-Co-Mn ва ғайра)/системаи карбон батареяҳои Li-ion, маҷмӯи воҳидҳои порчаи қутбӣ иқтидор ва энергияи батареяро муайян мекунад.

Дар айни замон, барои ноил шудан ба ҳадафи 300 Вт / кг энергияи хоси батарея, усулҳои асосӣ инҳоянд:

(1) Интихоби системаи моддӣ-иқтидори баланд, электроди мусбат аст, аз сегона никел баланд дод, ва электроди манфӣ аст, аз карбон кремний дод;

(2) Тарҳрезии электролитҳои баландшиддат барои беҳтар кардани шиддати қатъи барқ;

(3) Оптимизатсияи формулаи электродҳои мусбат ва манфиро беҳтар кунед ва ҳиссаи маводи фаъолро дар электрод зиёд кунед;

(4) Барои кам кардани таносуби коллекторҳои ҷорӣ аз фолгаи мисии тунуктар ва фолгаи алюминий истифода баред;

(5) Миқдори пӯшиши электродҳои мусбат ва манфиро зиёд кунед ва ҳиссаи маводи фаъолро дар электродҳо зиёд кунед;

(6) Миқдори электролитро назорат кунед, миқдори электролитҳоро кам кунед ва энергияи хоси батареяҳои литий-иониро зиёд кунед;

(7) Сохтори батареяро оптимизатсия кунед ва таносуби варақаҳо ва маводи бастабандиро дар батарея кам кунед.

Дар байни се шакли батарея аз қабати сахти силиндрӣ, мураббаъ ва варақи ламинатдори нарм, батареяи нарм дорои хусусиятҳои тарҳи чандир, вазни сабук, муқовимати дохилии кам, таркиш осон нест ва давраҳои зиёд ва энергияи мушаххас дорад. кори батарея низ барҷаста аст. Аз ин рӯ, батареяи ламинатшудаи нармафзори ламинатшудаи литий-ион дар айни замон мавзӯи доғи таҳқиқот аст. Дар раванди тарҳрезии модели батареяи ламинатшудаи нармафзори литий-ион, тағирёбандаҳои асосиро ба шаш ҷанбаи зерин тақсим кардан мумкин аст. Се нафари аввалро метавон аз рӯи сатҳи системаи электрохимиявӣ ва қоидаҳои тарҳрезӣ муайян кард ва сеи охирин одатан тарҳи моделӣ мебошанд. тағирёбандаҳои таваҷҷӯҳ.

(1) Маводҳо ва формулаҳои электродҳои мусбат ва манфӣ;

(2) Зичии фишурдани электродњои мусбат ва манфї;

(3) Таносуби иќтидори электроди манфи (N) ба иќтидори электроди мусбат (P) (N/P);

(4) Шумораи воҳидҳои порчаи қутбӣ (баробар ба адади қутбҳои мусбат);

(5) Маблағи пӯшиши электроди мусбӣ (дар асоси муайянкунии N / P, аввал миқдори пӯшиши электроди мусбатро муайян кунед ва сипас миқдори пӯшиши электроди манфиро муайян кунед);

(6) Майдони яктарафаи як электроди мусбат (бо дарозӣ ва паҳнои электроди мусбат муайян карда мешавад, вақте ки дарозӣ ва паҳнои электроди мусбат муайян карда мешавад, андозаи электроди манфӣ низ муайян карда мешавад ва андозаи ҳуҷайраро муайян кардан мумкин аст).

Аввалан, тибқи адабиёт [1], таъсири шумораи воҳидҳои порчаҳои қутб, миқдори рӯйпӯши электроди мусбат ва майдони яктарафаи як порчаи электроди мусбат ба энергияи хос ва зичии энергетикии батарея мухокима карда мешавад. Энергияи хоси батареяро (ES) бо муодилаи (1) ифода кардан мумкин аст.

расм

Дар формулаи (1): x – шумораи электродҳои мусбати дар батарея мавҷудбуда; y – микдори пӯшиши электроди мусбат, кг/м2; z майдони яктарафаи як электроди мусбат, м2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) энергияест, ки воҳиди қутб метавонад саҳм гузорад, Wh, формулаи ҳисоб дар формулаи (2) нишон дода шудааст.

расм

Дар формулаи (2): DAV шиддати миёнаи разряд, V; PC таносуби массаи моддаи фаъоли электроди мусбат ба массаи умумии моддаи фаъоли электроди мусбат бо иловаи гузаронанда ва пайвандкунанда, %; SCC иқтидори мушаххаси маводи фаъол электроди мусбат аст, Ah / кг; m(y, z) массаи воҳиди порчаи қутб, кг мебошад ва формулаи ҳисоб дар формулаи (3) нишон дода шудааст.

расм

Дар формулаи (3): KCT таносуби майдони умумии электроди мусбати монолитӣ (маблағи майдони рӯйпӯш ва майдони фолгаи табақ) ба майдони яктарафаи электроди мусбати монолитӣ мебошад ва бештар аз 1; TAl гафсии коллектори љараёни алюминий, м; ρAl зичии коллектори љараёни алюминий, кг/м3; KA таносуби майдони умумии ҳар як электроди манфӣ ба майдони яктарафаи як электроди мусбат буда, аз 1 зиёдтар аст; TCu ғафсии коллектори ҷараёнҳои мис, м; ρCu коллектори ҷараёни мис мебошад. Зичии, кг/м3; N/P таносуби иқтидори электроди манфӣ ба иқтидори электроди мусбат; PA таносуби массаи моддаи фаъоли электроди манфй ба массаи умумии маводи фаъоли электроди манфй бо иловаи гузаронанда ва пайвандкунанда, %; SCA таносуби электроди манфии маводи фаъол Иқтидори, Ah/kg. M(x, y, z) массаи моддаи ғайриэнергиявӣ, кг, формулаи ҳисоб дар формулаи (4) нишон дода шудааст.

расм

Дар формулаи (4): kAP таносуби майдони алюминий-пластикӣ ба майдони яктарафаи як электроди мусбат буда, аз 1 зиёдтар аст; SDAP зичии майдони алюминий-пластикӣ, кг/м2; mTab – массаи умумии электродҳои мусбат ва манфӣ, ки аз як доимӣ дидан мумкин аст; mTape – массаи умумии лента, ки онро ҳамчун доимӣ ҳисоб кардан мумкин аст; kS таносуби майдони умумии сепаратор ба масоҳати умумии варақи электроди мусбат буда, аз 1 зиёд аст; SDS – зичии майдони сепаратор, кг/м2; kE массаи электролит ва батарея Таносуби иқтидор, коэффициент рақами мусбат аст. Аз руи ин хулоса баровардан мумкин аст, ки афзоиши ягон омили х, у ва z энергияи хоси батареяро зиёд мекунад.

Барои омӯхтани аҳамияти таъсири шумораи воҳидҳои порчаҳои қутбӣ, миқдори рӯйпӯши электроди мусбат ва майдони яктарафаи як электроди мусбат ба энергияи хос ва зичии энергетикии батарея, электрохимиявӣ. Қоидаҳои система ва тарҳрезӣ (яъне барои муайян кардани мавод ва формулаи электрод, Зичии фишурдашавӣ ва N/P ва ғайра) ва сипас ҳар як сатҳи се омилро ба таври ортогоналӣ муттаҳид кунед, ба монанди шумораи воҳидҳои порчаи қутб, миқдори рӯйпӯши электроди мусбат ва майдони яктарафаи як порчаи электроди мусбат, барои муқоисаи маводи электроди аз ҷониби як гурӯҳи муайян муайяншуда ва таҳлили диапазон аз рӯи энергияи мушаххаси ҳисобшуда ва зичии энергетикии батарея дар асоси формула, зичии фишурдашуда ва N/P. Натиҷаҳои тарҳрезии ортогоналӣ ва ҳисобкунӣ дар ҷадвали 1 нишон дода шудаанд. Натиҷаҳои тарҳрезии ортогоналӣ бо истифода аз усули диапазон таҳлил карда шуданд ва натиҷаҳо дар расми 1 нишон дода шудаанд. Зичии хоси энергия ва энергияи батарея бо миқдори воҳидҳои порчаи қутбӣ якранг меафзояд. , миқдори пӯшиши электроди мусбат ва майдони яктарафаи як порчаи электроди мусбат. Дар байни се омили шумораи воҳидҳои порчаи қутбӣ, миқдори рӯйпӯши электроди мусбат ва майдони яктарафаи як электроди мусбӣ, миқдори рӯйпӯши электроди мусбат ба энергияи хоси қутб таъсири бештар дорад. батарея; Дар байни се омили майдони яктарафа, майдони яктарафаи катодҳои монолитӣ ба зичии энергияи батарея бештар таъсир мерасонад.

расм

расм

Аз расми 1а дидан мумкин аст, ки энергияи хоси батарея бо шумораи воҳидҳои қутбӣ, миқдори рӯйпӯши катодӣ ва майдони яктарафаи катоди якпорча якранг меафзояд, ки дурустии батареяро тасдиқ мекунад. таҳлили назариявӣ дар қисми қаблӣ; омили муҳимтарин, ки ба энергияи хоси батарея таъсир мерасонад, миқдори пӯшиши мусбӣ мебошад. Аз расми 1b дидан мумкин аст, ки зичии энергияи батарея бо шумораи воҳидҳои қутбӣ, миқдори пӯшиши электродҳои мусбат ва майдони яктарафаи як электроди мусбӣ якранг меафзояд, ки ин дурустии онро низ тафтиш мекунад. таҳлили назариявии қаблӣ; омили муҳимтарин, ки ба зичии энергияи батарея таъсир мерасонад, майдони яктарафаи электроди мусбати монолитӣ мебошад. Мувофиқи таҳлили дар боло овардашуда, барои беҳтар кардани энергияи мушаххаси батарея, он калиди зиёд кардани миқдори пӯшиши электроди мусбат ба қадри имкон аст. Пас аз муайян кардани лимити болоии қобили қабули миқдори пӯшиши электроди мусбат, сатҳи омилҳои боқимондаро барои ноил шудан ба талаботи муштарӣ танзим кунед; Барои зичии энергетикии батарея калиди зиёд кардани майдони яктарафаи электроди мусбати монолитӣ то ҳадди имкон аст. Пас аз муайян кардани ҳадди қобили қабули майдони яктарафаи электроди мусбати монолитӣ, сатҳи омилҳои боқимондаро барои қонеъ кардани талаботи муштарӣ танзим кунед.

Аз рӯи ин хулоса баровардан мумкин аст, ки энергияи хос ва зичии энергетикии батарея бо миқдори воҳидҳои қутбӣ, миқдори пӯшиши электродҳои мусбат ва майдони яктарафаи як электроди мусбӣ ба таври монотонӣ меафзояд. Дар байни се омили шумораи воҳидҳои порчаи қутбӣ, миқдори рӯйпӯши электроди мусбат ва майдони яктарафаи як электроди мусбат, таъсири миқдори рӯйпӯши электроди мусбат ба энергияи хоси батарея аст. муҳимтарин; Дар байни се омили майдони яктарафа, майдони яктарафаи катодҳои монолитӣ ба зичии энергияи батарея бештар таъсир мерасонад.

Сипас, мувофиқи адабиёт [2], муҳокима карда мешавад, ки чӣ тавр ба ҳадди ақал расонидани сифати батарея, вақте ки танҳо иқтидори батарея талаб карда мешавад ва андозаи батарея ва дигар нишондиҳандаҳои кор дар доираи системаи моддӣ ва технологияи коркард талаб карда намешаванд. сатҳи. Ҳисобкунии сифати батарея бо шумораи пластинаҳои мусбат ва таносуби ҷанбаҳои плитаҳои мусбат ҳамчун тағирёбандаҳои мустақил дар формулаи (5) нишон дода шудааст.

расм

Дар формулаи (5) М(х, у) массаи умумии батарея; x – шумораи лавҳаҳои мусбат дар батарея; y – таносуби ҷанбаҳои лавҳаҳои мусбат (қимати он ба паҳнои тақсимшуда ба дарозӣ баробар аст, тавре ки дар расми 2 нишон дода шудааст); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 коэффитсиентҳо буда, арзишҳои онҳо бо 26 параметри вобаста ба иқтидори батарея, системаи моддӣ ва сатҳи технологияи коркард муайян карда мешаванд, нигаред ба ҷадвали 2. Пас аз параметрҳои ҷадвали 2 муайян карда мешаванд. , хар як коэффициент Пас аз он муайян карда мешавад, ки муносибати байни 26 параметр ва k1, k2, k3, k4, k5, k6 ва k7 хеле содда аст, аммо раванди хосилшави хеле душвор аст. Бо роҳи математикӣ ба даст овардани эълон (5), бо роҳи танзими шумораи плитаҳои мусбӣ ва таносуби ҷанбаҳои плитаҳои мусбат, сифати ҳадди ақали батареяро, ки тавассути тарҳи модел ба даст оварда мешавад, ба даст овардан мумкин аст.

расм

Расми 2 Диаграммаи схематикии дарозӣ ва паҳнои батареяи ламинатӣ

Ҷадвали 2 Параметрҳои тарҳрезии ҳуҷайраҳои ламинатӣ

расм

Дар ҷадвали 2 арзиши мушаххас арзиши параметри воқеии батарея бо иқтидори 50.3Ah мебошад. Параметрҳои дахлдор муайян мекунанд, ки k1, k2, k3, k4, k5, k6 ва k7 мутаносибан 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 мебошанд. , х 21, у 1.97006 (барои электроди мусбат 329 млн. дарозиаш 167 мм). Пас аз оптимизатсия, вақте ки шумораи электроди мусбат 51 аст, сифати батарея хурдтарин аст.