Ang TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech at iba pang mga koponan ay karaniwang nakamit ang pagsasaliksik at pagpapaunlad ng 300 Wh/kg na mga power na baterya. Bilang karagdagan, mayroon pa ring malaking bilang ng mga yunit na nagsasagawa ng kaugnay na pag-unlad at gawaing pananaliksik.

Ang komposisyon ng mga flexible packaging na baterya ng lithium-ion ay kadalasang kinabibilangan ng mga positibong electrodes, negatibong electrodes, separator, electrolytes, at iba pang kinakailangang pantulong na materyales, tulad ng mga tab, tape, at aluminum plastic. Ayon sa mga pangangailangan ng talakayan, hinati ng may-akda ng papel na ito ang mga sangkap sa soft-pack lithium-ion na baterya sa dalawang kategorya: ang kumbinasyon ng yunit ng piraso ng poste at ang materyal na hindi nagbibigay ng enerhiya. Ang yunit ng piraso ng poste ay tumutukoy sa isang positibong elektrod kasama ang isang negatibong elektrod, at lahat ng mga positibong electrodes at Ang negatibong elektrod ay maaaring ituring bilang isang kumbinasyon ng mga yunit ng piraso ng poste na binubuo ng ilang mga yunit ng piraso ng poste; ang mga sangkap na hindi nag-aambag ng enerhiya ay tumutukoy sa lahat ng iba pang mga sangkap maliban sa kumbinasyon ng mga yunit ng piraso ng poste, tulad ng mga diaphragms, electrolytes, pole lugs, aluminum plastics, protective tapes at terminations. tape atbp. Para sa karaniwang LiMO 2 (M = Co, Ni at Ni-Co-Mn, atbp.)/carbon system Li-ion na mga baterya, tinutukoy ng kumbinasyon ng mga pole piece unit ang kapasidad at enerhiya ng baterya.

Sa kasalukuyan, upang makamit ang layunin ng 300Wh/kg ng partikular na enerhiya ng mass ng baterya, ang mga pangunahing pamamaraan ay kinabibilangan ng:

(1) Pumili ng high-capacity material system, ang positive electrode ay gawa sa high nickel ternary, at ang negative electrode ay gawa sa silicon carbon;

(2) Magdisenyo ng mataas na boltahe na electrolyte upang mapabuti ang boltahe ng cut-off ng singil;

(3) I-optimize ang pagbabalangkas ng positibo at negatibong electrode slurry at dagdagan ang proporsyon ng aktibong materyal sa elektrod;

(4) Gumamit ng mas manipis na copper foil at aluminum foil upang bawasan ang proporsyon ng kasalukuyang mga kolektor;

(5) Palakihin ang dami ng patong ng positibo at negatibong mga electrodes, at dagdagan ang proporsyon ng mga aktibong materyales sa mga electrodes;

(6) Kontrolin ang dami ng electrolyte, bawasan ang dami ng electrolyte at dagdagan ang partikular na enerhiya ng mga baterya ng lithium-ion;

(7) I-optimize ang istraktura ng baterya at bawasan ang proporsyon ng mga tab at mga materyales sa packaging sa baterya.

Kabilang sa tatlong anyo ng baterya na cylindrical, square hard shell at soft-pack laminated sheet, ang soft-pack na baterya ay may mga katangian ng flexible na disenyo, magaan ang timbang, mababang panloob na resistensya, hindi madaling sumabog, at maraming mga cycle, at ang tiyak na enerhiya mahusay din ang pagganap ng baterya. Samakatuwid, ang laminated soft-pack power lithium-ion na baterya ay isang mainit na paksa ng pananaliksik sa kasalukuyan. Sa proseso ng disenyo ng modelo ng laminated soft-pack power lithium-ion na baterya, ang mga pangunahing variable ay maaaring nahahati sa sumusunod na anim na aspeto. Ang unang tatlo ay maaaring isaalang-alang na tinutukoy ng antas ng electrochemical system at mga panuntunan sa disenyo, at ang huling tatlo ay karaniwang ang disenyo ng modelo. mga variable ng interes.

(1) Positibo at negatibong mga materyales at pormulasyon ng elektrod;

(2) Ang density ng compaction ng positibo at negatibong mga electrodes;

(3) Ang ratio ng negatibong kapasidad ng elektrod (N) sa positibong kapasidad ng elektrod (P) (N/P);

(4) Ang bilang ng mga yunit ng piraso ng poste (katumbas ng bilang ng mga piraso ng positibong poste);

(5) Positibong halaga ng electrode coating (batay sa pagpapasiya ng N/P, tukuyin muna ang halaga ng positive electrode coating, at pagkatapos ay tukuyin ang halaga ng negatibong electrode coating);

(6) Ang isang panig na lugar ng isang positibong elektrod (natutukoy sa haba at lapad ng positibong elektrod, kapag ang haba at lapad ng positibong elektrod ay tinutukoy, ang laki ng negatibong elektrod ay tinutukoy din, at maaaring matukoy ang laki ng cell).

Una, ayon sa panitikan [1], ang impluwensya ng bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang dami ng positibong electrode coating at ang single-side area ng isang solong piraso ng positibong elektrod sa tiyak na enerhiya at density ng enerhiya ng baterya ay tinalakay. Ang partikular na enerhiya (ES) ng baterya ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng equation (1).

larawan

Sa formula (1): x ay ang bilang ng mga positibong electrodes na nasa baterya; y ay ang halaga ng patong ng positibong elektrod, kg/m2; z ay ang single-sided na lugar ng isang solong positibong elektrod, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; Ang e(y, z) ay ang enerhiya na maiaambag ng isang piraso ng poste, Wh, ang formula ng pagkalkula ay ipinapakita sa formula (2).

larawan

Sa formula (2): Ang DAV ay ang average na boltahe ng paglabas, V; Ang PC ay ang ratio ng mass ng positive electrode active material sa kabuuang mass ng positive electrode active material plus conductive agent at binder, %; SCC ay ang tiyak na kapasidad ng positibong elektrod aktibong materyal, Ah / kg; Ang m(y, z) ay ang masa ng isang yunit ng piraso ng poste, kg, at ang formula ng pagkalkula ay ipinapakita sa formula (3).

larawan

Sa formula (3): Ang KCT ay ang ratio ng kabuuang lugar ng monolithic positive electrode (ang kabuuan ng coating area at tab foil area) sa single-sided area ng monolithic positive electrode, at higit sa 1; Ang TAl ay ang kapal ng kasalukuyang kolektor ng aluminyo, m; Ang ρAl ay ang density ng aluminum current collector, kg/m3; Ang KA ay ang ratio ng kabuuang lugar ng bawat negatibong elektrod sa isang panig na lugar ng isang positibong elektrod, at higit sa 1; Ang TCu ay ang kapal ng kasalukuyang kolektor ng tanso, m; Ang ρCu ay ang copper current collector. Densidad, kg/m3; Ang N/P ay ang ratio ng negatibong kapasidad ng elektrod sa positibong kapasidad ng elektrod; Ang PA ay ang ratio ng negatibong electrode active material mass sa kabuuang masa ng negatibong electrode active material plus conductive agent at binder, %; Ang SCA ay ang ratio ng negatibong electrode active material Capacity, Ah/kg. Ang M(x, y, z) ay ang masa ng hindi nag-aambag ng enerhiya na substance, kg, ang formula ng pagkalkula ay ipinapakita sa formula (4)

larawan

Sa formula (4): ang kAP ay ang ratio ng aluminum-plastic area sa single-sided area ng single positive electrode, at mas malaki sa 1; Ang SDAP ay ang area density ng aluminum-plastic, kg/m2; Ang mTab ​​ay ang kabuuang masa ng positibo at negatibong mga electrodes, na makikita mula sa isang pare-pareho; Ang mTape ay ang kabuuang masa ng tape, na maaaring ituring na pare-pareho; Ang kS ay ang ratio ng kabuuang lugar ng separator sa kabuuang lugar ng positive electrode sheet, at mas malaki sa 1; Ang SDS ay ang area density ng separator, kg/m2; kE ay ang masa ng electrolyte at ang baterya Ang ratio ng kapasidad, ang koepisyent ay isang positibong numero. Ayon dito, maaari itong tapusin na ang pagtaas ng anumang solong kadahilanan ng x, y at z ay magpapataas ng tiyak na enerhiya ng baterya.

Upang pag-aralan ang kahalagahan ng impluwensya ng bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang halaga ng patong ng positibong elektrod at ang solong panig na lugar ng solong positibong elektrod sa tiyak na enerhiya at density ng enerhiya ng baterya, isang electrochemical sistema at mga panuntunan sa disenyo (iyon ay, upang matukoy ang materyal at formula ng elektrod, Compaction density at N/P, atbp.), at pagkatapos ay orthogonally pagsamahin ang bawat antas ng tatlong mga kadahilanan, tulad ng bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang halaga ng positibong electrode coating, at ang single-sided area ng isang piraso ng positive electrode, upang ihambing ang electrode material na tinutukoy ng isang partikular na grupo at ang Range analysis ay isinagawa sa kinakalkula na tiyak na enerhiya at energy density ng baterya batay sa formula, compact density at N/P. Ang orthogonal na disenyo at mga resulta ng pagkalkula ay ipinapakita sa Talahanayan 1. Ang mga resulta ng orthogonal na disenyo ay nasuri gamit ang paraan ng hanay, at ang mga resulta ay ipinapakita sa Figure 1. Ang partikular na enerhiya at density ng enerhiya ng baterya ay tumataas nang monotonically sa bilang ng mga yunit ng piraso ng poste , ang dami ng positive electrode coating, at ang single-sided area ng isang single-piece positive electrode. Kabilang sa tatlong mga kadahilanan ng bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang dami ng positibong electrode coating, at ang single-sided area ng isang solong positibong elektrod, ang halaga ng positibong electrode coating ay may pinakamahalagang epekto sa partikular na enerhiya ng baterya; Kabilang sa tatlong mga kadahilanan ng single-sided area ng, ang single-sided na lugar ng monolithic cathode ay may pinakamahalagang epekto sa density ng enerhiya ng baterya.

larawan

larawan

Makikita mula sa Figure 1a na ang partikular na enerhiya ng baterya ay tumataas nang monotonically sa bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang dami ng cathode coating, at ang isang panig na lugar ng single-piece cathode, na nagpapatunay sa kawastuhan ng ang teoretikal na pagsusuri sa nakaraang bahagi; ang pinakamahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa tiyak na enerhiya ng baterya ay ang Positibong halaga ng patong. Makikita mula sa Figure 1b na ang density ng enerhiya ng baterya ay tumataas nang monotonically sa bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang dami ng positibong electrode coating, at ang single-sided area ng isang solong positibong elektrod, na nagpapatunay din ng kawastuhan ng nakaraang teoretikal na pagsusuri; Ang pinakamahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa density ng enerhiya ng baterya ay ang single-sided area ng monolithic positive electrode. Ayon sa pagsusuri sa itaas, upang mapabuti ang tiyak na enerhiya ng baterya, ito ang susi upang madagdagan ang halaga ng positibong electrode coating hangga’t maaari. Matapos matukoy ang katanggap-tanggap na itaas na limitasyon ng halaga ng positibong electrode coating, ayusin ang natitirang mga antas ng kadahilanan upang makamit ang mga kinakailangan ng customer; Para sa density ng enerhiya ng baterya, ito ang susi upang madagdagan ang single-sided area ng monolithic positive electrode hangga’t maaari. Matapos matukoy ang katanggap-tanggap na itaas na limitasyon ng single-sided area ng monolithic positive electrode, ayusin ang natitirang mga antas ng kadahilanan upang matugunan ang mga kinakailangan ng customer.

Ayon dito, maaari itong mapagpasyahan na ang tiyak na enerhiya at density ng enerhiya ng baterya ay monotonically tumaas sa bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang halaga ng positibong patong ng elektrod, at ang isang panig na lugar ng isang positibong elektrod. Kabilang sa tatlong mga kadahilanan ng bilang ng mga yunit ng piraso ng poste, ang dami ng positibong electrode coating, at ang single-sided area ng isang positibong electrode, ang epekto ng dami ng positive electrode coating sa partikular na enerhiya ng baterya ay ang pinakamahalaga; Kabilang sa tatlong mga kadahilanan ng single-sided area ng, ang single-sided na lugar ng monolithic cathode ay may pinakamahalagang epekto sa density ng enerhiya ng baterya.

Pagkatapos, ayon sa literatura [2], tinalakay kung paano i-minimize ang kalidad ng baterya kapag ang kapasidad lamang ng baterya ang kinakailangan, at ang laki ng baterya at iba pang mga tagapagpahiwatig ng pagganap ay hindi kinakailangan sa ilalim ng tinukoy na sistema ng materyal at teknolohiya ng pagproseso. antas. Ang pagkalkula ng kalidad ng baterya na may bilang ng mga positibong plate at ang aspect ratio ng mga positibong plate bilang mga independiyenteng variable ay ipinapakita sa formula (5).

larawan

Sa formula (5), ang M(x, y) ay ang kabuuang masa ng baterya; x ay ang bilang ng mga positibong plate sa baterya; y ay ang aspect ratio ng mga positibong plate (ang halaga nito ay katumbas ng lapad na hinati sa haba, tulad ng ipinapakita sa Figure 2); Ang k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 ay mga coefficient, at ang kanilang mga halaga ay tinutukoy ng 26 na mga parameter na may kaugnayan sa kapasidad ng baterya, sistema ng materyal at antas ng teknolohiya sa pagproseso, tingnan ang Talahanayan 2. Matapos matukoy ang mga parameter sa Talahanayan 2 , bawat koepisyent Pagkatapos ay tinutukoy na ang relasyon sa pagitan ng 26 na mga parameter at k1, k2, k3, k4, k5, k6, at k7 ay napakasimple, ngunit ang proseso ng derivation ay napakahirap. Sa pamamagitan ng matematikal na pagkakuha ng anunsyo (5), sa pamamagitan ng pagsasaayos ng bilang ng mga positibong plato at ang aspect ratio ng mga positibong plato, ang pinakamababang kalidad ng baterya na maaaring makamit ng disenyo ng modelo ay maaaring makuha.

larawan

Figure 2 Schematic diagram ng haba at lapad ng nakalamina na baterya

Talahanayan 2 Mga parameter ng disenyo ng laminated cell

larawan

Sa Talahanayan 2, ang tiyak na halaga ay ang aktwal na halaga ng parameter ng baterya na may kapasidad na 50.3Ah. Tinutukoy ng mga nauugnay na parameter na ang k1, k2, k3, k4, k5, k6, at k7 ay 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 ayon sa pagkakabanggit. , x ay 21, y ay 1.97006 (ang lapad ng positibong elektrod ay 329 mln, at ang haba ay 167 mm). Pagkatapos ng pag-optimize, kapag ang bilang ng positibong elektrod ay 51, ang kalidad ng baterya ay ang pinakamaliit.