TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech ve diğer ekipler temel olarak 300 Wh/kg güç pillerinin araştırma ve geliştirmesini başardılar. Ayrıca, halen ilgili geliştirme ve araştırma çalışmalarını yürüten çok sayıda birim bulunmaktadır.

Esnek ambalajlı lityum iyon pillerin bileşimi genellikle pozitif elektrotlar, negatif elektrotlar, ayırıcılar, elektrolitler ve şeritler, bantlar ve alüminyum plastikler gibi diğer gerekli yardımcı malzemeleri içerir. Tartışmanın ihtiyaçlarına göre, bu makalenin yazarı, yumuşak paketli lityum iyon pildeki maddeleri iki kategoriye ayırır: kutup parçası ünitesi ve enerji katkısı olmayan malzeme kombinasyonu. Kutup parçası birimi, bir pozitif elektrot artı bir negatif elektrot anlamına gelir ve tüm pozitif elektrotlar ve Negatif elektrot, birkaç kutup parçası biriminden oluşan kutup parçası birimlerinin bir kombinasyonu olarak kabul edilebilir; katkıda bulunmayan enerji maddeleri, diyaframlar, elektrolitler, kutup pabuçları, alüminyum plastikler, koruyucu bantlar ve sonlandırmalar gibi kutup parçası birimlerinin kombinasyonu dışındaki tüm diğer maddeleri ifade eder. bant vb. Ortak LiMO 2 (M = Co, Ni ve Ni-Co-Mn, vb.)/karbon sistemli Li-ion piller için, kutup parçası birimlerinin kombinasyonu pilin kapasitesini ve enerjisini belirler.

Şu anda, 300Wh/kg pil kütlesine özgü enerji hedefine ulaşmak için ana yöntemler şunları içerir:

(1) Yüksek kapasiteli bir malzeme sistemi seçin, pozitif elektrot yüksek nikel üçlüsünden ve negatif elektrot silikon karbondan yapılmıştır;

(2) Şarj kesme voltajını iyileştirmek için yüksek voltajlı elektrolit tasarlayın;

(3) Pozitif ve negatif elektrot bulamacının formülasyonunu optimize edin ve elektrottaki aktif malzeme oranını artırın;

(4) Akım toplayıcıların oranını azaltmak için daha ince bakır folyo ve alüminyum folyo kullanın;

(5) Pozitif ve negatif elektrotların kaplama miktarını artırın ve elektrotlardaki aktif malzemelerin oranını artırın;

(6) Elektrolit miktarını kontrol edin, elektrolit miktarını azaltın ve lityum iyon pillerin özgül enerjisini artırın;

(7) Pilin yapısını optimize edin ve pildeki tırnak ve ambalaj malzemelerinin oranını azaltın.

Silindirik, kare sert kabuk ve yumuşak paket lamine levhanın üç pil formu arasında, yumuşak paket pil, esnek tasarım, hafiflik, düşük iç direnç, patlaması kolay değil ve birçok döngü ve özgül enerji özelliklerine sahiptir. pil performansı da harika. Bu nedenle, lamine yumuşak paket güç lityum iyon pil şu anda sıcak bir araştırma konusudur. Lamine yumuşak paket güç lityum iyon pilin model tasarım sürecinde, ana değişkenler aşağıdaki altı yöne ayrılabilir. İlk üçü, elektrokimyasal sistem seviyesi ve tasarım kuralları ile belirlenebilir ve son üçü genellikle model tasarımıdır. ilgi değişkenleri.

(1) Pozitif ve negatif elektrot malzemeleri ve formülasyonları;

(2) Pozitif ve negatif elektrotların sıkıştırma yoğunluğu;

(3) Negatif elektrot kapasitesinin (N) pozitif elektrot kapasitesine (P) (N/P) oranı;

(4) Kutup parçası sayısı (pozitif kutup parçası sayısına eşittir);

(5) Pozitif elektrot kaplama miktarı (N/P belirleme temelinde, önce pozitif elektrot kaplama miktarını belirleyin ve ardından negatif elektrot kaplama miktarını belirleyin);

(6) Tek bir pozitif elektrotun tek taraflı alanı (pozitif elektrotun uzunluğu ve genişliği ile belirlenir, pozitif elektrotun uzunluğu ve genişliği belirlenirken, negatif elektrotun boyutu da belirlenir ve hücrenin boyutu belirlenebilir).

Birincisi, literatüre göre [1], kutup parçası birimlerinin sayısının, pozitif elektrot kaplama miktarının ve tek bir pozitif elektrot parçasının tek taraflı alanının, kutup parçasının özgül enerjisi ve enerji yoğunluğu üzerindeki etkisi. pil tartışılır. Pilin özgül enerjisi (ES), denklem (1) ile ifade edilebilir.

resim

Formül (1)’de: x, pilde bulunan pozitif elektrotların sayısıdır; y, pozitif elektrotun kaplama miktarıdır, kg/m2; z, tek bir pozitif elektrotun tek taraflı alanıdır, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) bir kutup parçasının katkıda bulunabileceği enerjidir, Wh, hesaplama formülü formül (2)’de gösterilmiştir.

resim

Formül (2)’de: DAV, ortalama deşarj voltajıdır, V; PC, pozitif elektrot aktif materyalinin kütlesinin pozitif elektrot aktif materyali artı iletken ajan ve bağlayıcının toplam kütlesine oranıdır, %; SCC, pozitif elektrot aktif maddesinin özgül kapasitesi, Ah/kg; m(y, z) bir kutup parçası biriminin kütlesidir, kg ve hesaplama formülü formül (3)’te gösterilmiştir.

resim

Formül (3)’te: KCT, monolitik pozitif elektrotun toplam alanının (kaplama alanı ve sekme folyo alanının toplamı) monolitik pozitif elektrotun tek taraflı alanına oranıdır ve 1’den büyük; TAl, alüminyum akım kollektörünün kalınlığıdır, m; ρAl alüminyum akım toplayıcının yoğunluğudur, kg/m3; KA, her bir negatif elektrotun toplam alanının, tek bir pozitif elektrotun tek taraflı alanına oranıdır ve 1’den büyüktür; TCu, bakır akım kollektörünün kalınlığıdır, m; ρCu bakır akım toplayıcıdır. Yoğunluk, kg/m3; N/P, negatif elektrot kapasitesinin pozitif elektrot kapasitesine oranıdır; PA, negatif elektrot aktif malzeme kütlesinin, negatif elektrot aktif malzeme artı iletken madde ve bağlayıcının toplam kütlesine oranıdır, %; SCA, negatif elektrot aktif malzeme Kapasite oranıdır, Ah/kg. M(x, y, z) enerji katkısı olmayan maddenin kütlesidir, kg, hesaplama formülü formül (4)’te gösterilmiştir.

resim

Formül (4)’te: kAP, alüminyum-plastik alanın tek pozitif elektrotun tek taraflı alanına oranıdır ve 1’den büyüktür; SDAP, alüminyum-plastik, kg/m2 alan yoğunluğudur; mTab, bir sabitten görülebilen pozitif ve negatif elektrotların toplam kütlesidir; mTape, sabit olarak kabul edilebilecek bandın toplam kütlesidir; kS, ayırıcının toplam alanının pozitif elektrot tabakasının toplam alanına oranıdır ve 1’den büyüktür; SDS, ayırıcının alan yoğunluğudur, kg/m2; kE, elektrolitin ve pilin kütlesidir Kapasite oranı, katsayı pozitif bir sayıdır. Buna göre, x, y ve z’nin herhangi bir tek faktörünün artmasının pilin özgül enerjisini artıracağı sonucuna varılabilir.

Kutup parçası birimlerinin sayısının, pozitif elektrotun kaplama miktarının ve tek pozitif elektrotun tek taraflı alanının pilin özgül enerjisi ve enerji yoğunluğu üzerindeki etkisinin önemini incelemek için, bir elektrokimyasal sistem ve tasarım kuralları (yani, elektrot malzemesi ve formülü, Sıkıştırma yoğunluğu ve N/P, vb. belirlemek için) ve ardından kutup parçası birimlerinin sayısı, miktarı gibi üç faktörün her seviyesini dikey olarak birleştirir. pozitif elektrot kaplaması ve tek bir pozitif elektrot parçasının tek taraflı alanı, belirli bir grup tarafından belirlenen elektrot malzemesini karşılaştırmak ve Menzil analizi, pilin hesaplanan özgül enerji ve enerji yoğunluğuna dayalı olarak yapıldı. formül, sıkıştırılmış yoğunluk ve N/P. Ortogonal tasarım ve hesaplama sonuçları Tablo 1’de gösterilmiştir. Ortogonal tasarım sonuçları, aralık yöntemi kullanılarak analiz edilmiş ve sonuçlar Şekil 1’de gösterilmiştir. Pilin özgül enerjisi ve enerji yoğunluğu, kutup parçası sayısı ile monoton olarak artar. , pozitif elektrot kaplama miktarı ve tek parça pozitif elektrotun tek taraflı alanı. Kutup parçası birimlerinin sayısı, pozitif elektrot kaplama miktarı ve tek bir pozitif elektrotun tek taraflı alanının üç faktörü arasında, pozitif elektrot kaplama miktarı, pilin özgül enerjisi üzerinde en önemli etkiye sahiptir. pil; Tek taraflı alanın üç faktörü arasında, monolitik katodun tek taraflı alanı, pilin enerji yoğunluğu üzerinde en önemli etkiye sahiptir.

resim

resim

Şekil 1a’dan, pilin özgül enerjisinin, kutup parçası sayısı, katot kaplama miktarı ve tek parça katodun doğruluğunu doğrulayan tek taraflı alanı ile monoton olarak arttığı görülebilir. önceki bölümde teorik analiz; pilin özgül enerjisini etkileyen en önemli faktör Pozitif kaplama miktarıdır. Pilin enerji yoğunluğunun kutup parçası sayısı, pozitif elektrot kaplama miktarı ve tek bir pozitif elektrotun tek taraflı alanı ile monoton olarak arttığı Şekil 1b’den görülebilir ve bu da doğruluğu doğrular. önceki teorik analizin; pil enerji yoğunluğunu etkileyen en önemli faktör, monolitik pozitif elektrotun tek taraflı alanıdır. Yukarıdaki analize göre pilin özgül enerjisini iyileştirmek için pozitif elektrot kaplama miktarını mümkün olduğunca artırmak anahtardır. Pozitif elektrot kaplama miktarının kabul edilebilir üst limitini belirledikten sonra, müşterinin gereksinimlerini karşılamak için kalan faktör seviyelerini ayarlayın; Pilin enerji yoğunluğu için monolitik pozitif elektrotun tek taraflı alanını mümkün olduğunca artırmak anahtardır. Monolitik pozitif elektrotun tek taraflı alanının kabul edilebilir üst sınırını belirledikten sonra, kalan faktör seviyelerini müşterinin gereksinimlerini karşılayacak şekilde ayarlayın.

Buna göre, pilin özgül enerjisi ve enerji yoğunluğunun, kutup parçası sayısı, pozitif elektrot kaplama miktarı ve tek bir pozitif elektrotun tek taraflı alanı ile monoton olarak arttığı sonucuna varılabilir. Kutup parçası sayısı, pozitif elektrot kaplama miktarı ve tek bir pozitif elektrotun tek taraflı alanının üç faktörü arasında, pozitif elektrot kaplama miktarının pilin özgül enerjisi üzerindeki etkisi şu şekildedir: en anlamlı; Tek taraflı alanın üç faktörü arasında, monolitik katodun tek taraflı alanı, pilin enerji yoğunluğu üzerinde en önemli etkiye sahiptir.

Daha sonra literatüre göre [2], belirlenen malzeme sistemi ve işleme teknolojisi altında sadece pil kapasitesinin gerekli olduğu ve pil boyutu ve diğer performans göstergelerinin gerekli olmadığı durumlarda pil kalitesinin nasıl en aza indirilebileceği tartışılmaktadır. seviye. Pozitif plaka sayısı ve pozitif plakaların en boy oranı ile pil kalitesinin bağımsız değişkenler olarak hesaplanması formül (5)’te gösterilmektedir.

resim

Formül (5)’te M(x, y) pilin toplam kütlesidir; x, pildeki pozitif plaka sayısıdır; y, pozitif plakaların en boy oranıdır (değeri, Şekil 2’de gösterildiği gibi, genişliğin uzunluğa bölünmesine eşittir); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 katsayılardır ve değerleri pil kapasitesi, malzeme sistemi ve işleme teknolojisi seviyesi ile ilgili 26 parametre ile belirlenir, bkz. Tablo 2. Tablo 2’deki parametreler belirlendikten sonra. , her katsayı Daha sonra 26 parametre ile k1, k2, k3, k4, k5, k6 ve k7 arasındaki ilişkinin çok basit, ancak türetme işleminin çok zahmetli olduğu belirlenir. Duyuru (5) matematiksel olarak türetilerek, pozitif plakaların sayısı ve pozitif plakaların en boy oranı ayarlanarak, model tasarımı ile elde edilebilecek minimum pil kalitesi elde edilebilir.

resim

Şekil 2 Lamine pilin uzunluk ve genişliğinin şematik diyagramı

Tablo 2 Lamine hücre tasarım parametreleri

resim

Tablo 2’de spesifik değer, 50.3Ah kapasiteli pilin gerçek parametre değeridir. İlgili parametreler k1, k2, k3, k4, k5, k6 ve k7’nin sırasıyla 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 olduğunu belirler. , x 21’dir, y 1.97006’dır (pozitif elektrotun genişliği 329 milyon ve uzunluk 167 mm’dir). Optimizasyondan sonra, pozitif elektrot sayısı 51 olduğunda, pil kalitesi en küçüktür.