TianJinlishen, Guoxuan Hi-Tech va boshqa jamoalar asosan 300 Vt / kg quvvatli batareyalarni tadqiq qilish va ishlab chiqishga erishdilar. Bundan tashqari, hali ham tegishli ishlab chiqish va tadqiqot ishlarini olib boruvchi ko’plab bo’linmalar mavjud.

Moslashuvchan qadoqlash lityum-ion batareyalarining tarkibi odatda ijobiy elektrodlar, salbiy elektrodlar, ajratgichlar, elektrolitlar va yorliqlar, lentalar va alyuminiy plastmassalar kabi boshqa zarur yordamchi materiallarni o’z ichiga oladi. Muhokama ehtiyojlariga ko’ra, ushbu maqola muallifi yumshoq paketli lityum-ion batareyasidagi moddalarni ikkita toifaga ajratadi: qutb bo’lagi birligi va energiya sarflamaydigan materialning kombinatsiyasi. Qutb bo’lagi birligi musbat elektrodga va salbiy elektrodga ishora qiladi va barcha musbat elektrodlar va salbiy elektrod bir nechta qutb bo’lagi birliklaridan tashkil topgan qutb bo’lagi birliklarining kombinatsiyasi sifatida qaralishi mumkin; hissa qo’shmaydigan energiya moddalari diafragmalar, elektrolitlar, qutb tirgaklari, alyuminiy plastmassalar, himoya lentalari va tugunlar kabi qutb bo’laklari birikmasidan tashqari barcha boshqa moddalarni anglatadi. lenta va boshqalar. Umumiy LiMO 2 (M = Co, Ni va Ni-Co-Mn, va hokazo) / uglerod tizimi Li-ion batareyalari uchun qutbli bo’lak birliklarining kombinatsiyasi batareyaning quvvati va energiyasini aniqlaydi.

Hozirgi vaqtda 300Wh / kg batareya massasining o’ziga xos energiyasi maqsadiga erishish uchun asosiy usullar quyidagilardan iborat:

(1) Yuqori quvvatli material tizimini tanlang, musbat elektrod yuqori nikel uchlikdan, salbiy elektrod esa silikon ugleroddan tayyorlanadi;

(2) Zaryadni kesish kuchlanishini yaxshilash uchun yuqori voltli elektrolitlarni loyihalash;

(3) musbat va salbiy elektrod shlamining formulasini optimallashtirish va elektroddagi faol moddaning ulushini oshirish;

(4) Oqim kollektorlarining ulushini kamaytirish uchun yupqaroq mis folga va alyuminiy folga foydalaning;

(5) Ijobiy va salbiy elektrodlarning qoplama miqdorini oshiring va elektrodlardagi faol materiallarning ulushini oshiring;

(6) Elektrolitlar miqdorini nazorat qilish, elektrolitlar miqdorini kamaytirish va lityum-ion batareyalarning o’ziga xos energiyasini oshirish;

(7) Batareyaning tuzilishini optimallashtiring va batareyadagi yorliqlar va qadoqlash materiallari ulushini kamaytiring.

Silindrsimon, kvadrat qattiq qobiqli va yumshoq qatlamli qatlamli qatlamning uchta akkumulyator shakli orasida yumshoq to’plamli batareya moslashuvchan dizayn, engil vazn, past ichki qarshilik, portlash oson emas va ko’plab tsikllar va o’ziga xos energiya xususiyatlariga ega. batareyaning ishlashi ham ajoyib. Shu sababli, laminatlangan yumshoq to’plamli quvvatli lityum-ion batareyasi hozirgi kunda qizg’in tadqiqot mavzusidir. Laminatsiyalangan yumshoq paketli quvvatli lityum-ion batareyaning modelini loyihalash jarayonida asosiy o’zgaruvchilarni quyidagi olti jihatga bo’lish mumkin. Birinchi uchta elektrokimyoviy tizim darajasi va dizayn qoidalari bilan aniqlangan deb hisoblash mumkin, va oxirgi uchtasi odatda model dizaynidir. qiziqish o’zgaruvchilari.

(1) Ijobiy va salbiy elektrod materiallari va formulalari;

(2) musbat va manfiy elektrodlarning siqilish zichligi;

(3) salbiy elektrod sig’imi (N) ning musbat elektrod sig’imi (P) (N / P) ga nisbati;

(4) qutb bo’laklari soni (musbat qutb qismlari soniga teng);

(5) Ijobiy elektrod qoplama miqdori (N / P aniqlash asosida, birinchi navbatda ijobiy elektrod qoplama miqdorini aniqlang va keyin salbiy elektrod qoplama miqdorini aniqlang);

(6) Yagona musbat elektrodning bir tomonlama maydoni (musbat elektrodning uzunligi va kengligi bilan belgilanadi, musbat elektrodning uzunligi va kengligi aniqlanganda, salbiy elektrodning o’lchami ham aniqlanadi va hujayraning o’lchamini aniqlash mumkin).

Birinchidan, adabiyotga ko’ra [1], qutb bo’laklari soni, musbat elektrod qoplamasi miqdori va bir bo’lak musbat elektrodning bir tomonlama maydonining o’ziga xos energiya va energiya zichligiga ta’siri. batareya muhokama qilinadi. Batareyaning o’ziga xos energiyasi (ES) tenglama (1) bilan ifodalanishi mumkin.

surat

(1) formulada: x – akkumulyator tarkibidagi musbat elektrodlar soni; y – musbat elektrodning qoplama miqdori, kg / m2; z – bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydoni, m2; x∈N*, y > 0, z > 0; e(y, z) – qutb bo’lagi birligi hissa qo’shishi mumkin bo’lgan energiya, Wh, hisoblash formulasi (2) formulada ko’rsatilgan.

surat

(2) formulada: DAV – o’rtacha tushirish kuchlanishi, V; PC – musbat elektrod faol moddasi massasining musbat elektrod faol moddasining umumiy massasiga, ortiqcha o’tkazuvchi vosita va bog’lovchiga nisbati, %; SCC – musbat elektrod faol materialining o’ziga xos quvvati, Ah / kg; m (y, z) – qutb bo’lagining massasi, kg va hisoblash formulasi (3) formulada ko’rsatilgan.

surat

Formula (3): KCT – monolit musbat elektrodning umumiy maydonining (qoplama maydoni va folga maydoni yig’indisi) monolit musbat elektrodning bir tomonlama maydoniga nisbati va 1 dan katta; TAl – alyuminiy oqim kollektorining qalinligi, m; rAl – alyuminiy oqim kollektorining zichligi, kg/m3; KA – har bir salbiy elektrodning umumiy maydonining bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydoniga nisbati va 1 dan katta; TCu – mis oqim kollektorining qalinligi, m; rCu – mis oqim kollektori. Zichlik, kg/m3; N/P – manfiy elektrod quvvatining musbat elektrod quvvatiga nisbati; PA – salbiy elektrod faol moddasi massasining salbiy elektrod faol moddasining umumiy massasiga, ortiqcha o’tkazuvchi vosita va bog’lovchiga nisbati, %; SCA – salbiy elektrod faol materialining nisbati Imkoniyatlar, Ah / kg. M(x, y, z) – energiya qo’shmaydigan moddaning massasi, kg, hisoblash formulasi (4) formulada ko’rsatilgan.

surat

Formulada (4): kAP – alyuminiy-plastmassa maydonining bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydoniga nisbati va 1 dan katta; SDAP – alyuminiy-plastmassaning hududiy zichligi, kg / m2; mTab – musbat va manfiy elektrodlarning umumiy massasi, uni doimiydan ko’rish mumkin; mTape – lentaning umumiy massasi, uni doimiy deb hisoblash mumkin; kS – ajratgichning umumiy maydonining musbat elektrod varag’ining umumiy maydoniga nisbati va 1 dan katta; SDS – separatorning hududiy zichligi, kg/m2; kE – elektrolit va batareyaning massasi Imkoniyatlar nisbati, koeffitsient – ijobiy raqam. Shunga ko’ra, x, y va z ning har qanday yagona omilining ortishi batareyaning o’ziga xos energiyasini oshiradi degan xulosaga kelish mumkin.

Qutb bo’laklari soni, musbat elektrodning qoplama miqdori va bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydonining batareyaning o’ziga xos energiyasi va energiya zichligiga ta’sirining ahamiyatini o’rganish uchun elektrokimyoviy tizim va dizayn qoidalari (ya’ni, elektrod materiali va formulasini aniqlash, Siqilish zichligi va N / P, va hokazo) va keyin uchta omilning har bir darajasini ortogonal ravishda birlashtiring, masalan, qutb bo’lagi birliklari soni, miqdori musbat elektrod qoplamasi va musbat elektrodning bir bo’lagining bir tomonlama maydoni, ma’lum bir guruh tomonidan aniqlangan elektrod materialini solishtirish va diapazon tahlili batareyaning hisoblangan o’ziga xos energiyasi va energiya zichligi asosida amalga oshirildi. formula, siqilgan zichlik va N/P. Ortogonal loyihalash va hisoblash natijalari 1-jadvalda ko’rsatilgan. Ortogonal dizayn natijalari diapazon usuli yordamida tahlil qilingan va natijalar 1-rasmda keltirilgan. Batareyaning o’ziga xos energiyasi va energiya zichligi qutb bo’lagi birliklari soni bilan monoton ravishda ortadi. , musbat elektrod qoplamasining miqdori va bir qismli musbat elektrodning bir tomonlama maydoni. Qutb bo’laklari soni, musbat elektrod qoplamasi miqdori va bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydonining uchta omili orasida musbat elektrod qoplamasi miqdori o’ziga xos energiyaga eng muhim ta’sir ko’rsatadi. batareya; Bir tomonlama maydonning uchta omili orasida monolit katodning bir tomonlama maydoni batareyaning energiya zichligiga eng muhim ta’sir ko’rsatadi.

surat

surat

1a-rasmdan ko’rinib turibdiki, batareyaning o’ziga xos energiyasi qutb bo’laklari soni, katod qoplamasi miqdori va bir qismli katodning bir tomonlama maydoni bilan monoton ravishda ortadi, bu to’g’riligini tasdiqlaydi. oldingi qismdagi nazariy tahlil; batareyaning o’ziga xos energiyasiga ta’sir qiluvchi eng muhim omil – bu ijobiy qoplama miqdori. 1b-rasmdan ko’rinib turibdiki, batareyaning energiya zichligi qutb qismlari soni, musbat elektrod qoplamasi miqdori va bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydoni bilan monoton ravishda ortadi, bu ham to’g’riligini tasdiqlaydi. oldingi nazariy tahlilning; batareyaning energiya zichligiga ta’sir qiluvchi eng muhim omil monolit musbat elektrodning bir tomonlama maydonidir. Yuqoridagi tahlilga ko’ra, batareyaning o’ziga xos energiyasini yaxshilash uchun musbat elektrod qoplama miqdorini iloji boricha oshirish kalitidir. Ijobiy elektrod qoplamasi miqdorining maqbul yuqori chegarasini aniqlagandan so’ng, mijozning talablariga erishish uchun qolgan omil darajalarini sozlang; Batareyaning energiya zichligi uchun monolit musbat elektrodning bir tomonlama maydonini iloji boricha ko’paytirish kalitidir. Monolitik musbat elektrodning bir tomonlama maydonining maqbul yuqori chegarasini aniqlagandan so’ng, mijozning talablariga javob berish uchun qolgan omillar darajasini sozlang.

Shunga ko’ra, akkumulyatorning o’ziga xos energiyasi va energiya zichligi qutb qismlari soni, musbat elektrod qoplamasi miqdori va bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydoni bilan monoton ravishda oshadi degan xulosaga kelish mumkin. Qutb qismlari soni, musbat elektrod qoplamasi miqdori va bitta musbat elektrodning bir tomonlama maydonining uchta omili orasida musbat elektrod qoplamasi miqdorining batareyaning o’ziga xos energiyasiga ta’siri. eng muhimi; Bir tomonlama maydonning uchta omili orasida monolit katodning bir tomonlama maydoni batareyaning energiya zichligiga eng muhim ta’sir ko’rsatadi.

Keyinchalik, adabiyotga ko’ra [2], faqat akkumulyator quvvati talab qilinganda va belgilangan material tizimi va qayta ishlash texnologiyasida batareyaning hajmi va boshqa ishlash ko’rsatkichlari talab qilinmasa, batareyaning sifatini qanday kamaytirish mumkinligi muhokama qilinadi. Daraja. Mustaqil o’zgaruvchilar sifatida musbat plitalar soni va musbat plitalarning nisbati bilan batareya sifatini hisoblash formula (5) da ko’rsatilgan.

surat

(5) formulada M (x, y) – batareyaning umumiy massasi; x – batareyadagi musbat plitalar soni; y – ijobiy plitalarning nisbati (uning qiymati 2-rasmda ko’rsatilganidek, uzunlikka bo’lingan kenglikka teng); k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7 koeffitsientlar bo’lib, ularning qiymatlari batareya quvvati, material tizimi va ishlov berish texnologiyasi darajasiga bog’liq 26 parametr bilan belgilanadi, 2-jadvalga qarang. 2-jadvaldagi parametrlar aniqlangandan keyin , har bir koeffitsient So’ngra 26 parametr va k1, k2, k3, k4, k5, k6 va k7 o’rtasidagi bog’liqlik juda oddiy ekanligi, lekin hosila olish jarayoni juda mashaqqatli ekanligi aniqlanadi. E’lonni (5) matematik tarzda chiqarib, musbat plitalar sonini va musbat plitalarning nisbatlarini sozlash orqali model dizayni orqali erishish mumkin bo’lgan minimal batareya sifatiga erishish mumkin.

surat

2-rasm Laminatsiyalangan batareyaning uzunligi va kengligining sxematik diagrammasi

2-jadval Laminatsiyalangan hujayra dizayn parametrlari

surat

2-jadvalda o’ziga xos qiymat 50.3Ah quvvatga ega batareyaning haqiqiy parametr qiymati hisoblanadi. Tegishli parametrlar k1, k2, k3, k4, k5, k6 va k7 mos ravishda 0.041, 0.680, 0.619, 13.953, 8.261, 639.554, 921.609 ekanligini aniqlaydi. , x – 21, y – 1.97006 (musbat elektrodning kengligi 329 mln, uzunligi esa 167 mm). Optimallashtirishdan so’ng, musbat elektrod soni 51 bo’lsa, batareya sifati eng kichik bo’ladi.