Основы проектирования литий-ионных-аккумуляторов
Основные принципы проектирования
Конструкция батареи должна основываться на конкретных потребностях электрического устройства и характеристикахбатареясам. Во-первых, должны быть четко определены технические параметры каждого компонента, включая электроды, электролит, сепаратор и корпус. Кроме того, параметры производственного процесса должны быть точно отрегулированы, чтобы гарантировать, что конечный аккумуляторный блок соответствует заранее заданным характеристикам и показателям производительности (таким как напряжение, емкость и объем). Разумная и эффективная конструкция имеет решающее значение для улучшения характеристик батареи при фактическом использовании; поэтому поиск оптимального решения на протяжении всего процесса проектирования особенно важен.
Требования к дизайну
При проектировании батареи важно полностью понимать конкретные требования целевого устройства к параметрам производительности батареи и условиям ее эксплуатации. Как правило, следует учитывать следующие ключевые факторы:
(1) Рабочее напряжение аккумулятора.
(2) Рабочий ток батареи, т. е. нормальный ток разряда и пиковый ток.
(3) Время работы аккумулятора, включая время непрерывной разрядки, срок службы или срок службы.
(4) Условия эксплуатации аккумулятора, включая температуру окружающей среды и т. д.
(5) Максимально допустимый объем батареи.
Литий-ионные-аккумуляторы широко используются благодаря своим превосходным характеристикам. Однако в некоторых случаях они должны отвечать ряду дополнительных требований, таких как устойчивость к ударам и вибрациям, адаптация к экстремальным температурам и работа в средах с низким-давлением. При проектировании этих батарей, помимо рассмотрения этих фундаментальных физических характеристик, необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как выбор сырья, ключевые факторы, определяющие характеристики батареи, общие характеристики, производственные процессы, анализ затрат-выгод и рабочая температура.
Ключевые показатели для оценки производительности силовых аккумуляторов
Производительность аккумулятора обычно оценивается по следующим аспектам:
1) Емкость
Емкость аккумулятора означает общее количество электроэнергии, которое аккумулятор может обеспечить при определенных условиях разряда. Это понятие обычно выражается как произведение силы тока и времени и обычно измеряется в ампер-часах (Ач). Этот параметр напрямую влияет на максимальный рабочий ток аккумулятора и продолжительность непрерывной работы.
2) Характеристики разряда и внутреннее сопротивление
Характеристики разряда аккумулятора отражают стабильность его выходного напряжения, плато напряжения и его высокие-разрядные характеристики в определенных условиях. Это важные показатели для измерения нагрузочной способности аккумулятора. Кроме того, внутри батареи существует два типа сопротивления: внутреннее омическое сопротивление и внутреннее поляризационное сопротивление. Эти два типа внутреннего сопротивления оказывают особенно существенное влияние на общую производительность разряда при разряде с высоким-током.
3) Диапазон рабочих температур
Чтобы обеспечить стабильную работу электрооборудования в различных условиях окружающей среды, аккумуляторы должны сохранять хорошие характеристики в определенном температурном диапазоне.
4) Производительность хранилища
После определенного периода хранения работоспособность аккумулятора может измениться под воздействием различных факторов, что приведет к саморазряду-, утечке электролита, коротким замыканиям и т. д., что повлияет на его работоспособность.
5) Производительность цикла
Циклическая производительность — это количество циклов зарядки-разрядки, которую аккумуляторная батарея может выдержать при соблюдении определенных правил зарядки-разрядки, пока ее производительность не снизится до заданного уровня. Это один из важных показателей оценки долгосрочной-надежности аккумулятора.
6) Характеристики безопасности
Безопасность аккумулятора в основном отражается на уровне его безопасности в ненормальных условиях использования. К таким ненормальным условиям использования относятся перезарядка, короткие замыкания, испытания на проникновение гвоздей, испытания на раздавливание, воздействие горячего ящика, удары тяжелых предметов и вибрация. Способность аккумулятора выдерживать такие экстремальные условия является одним из ключевых факторов, определяющих его пригодность для крупномасштабных-применений.
Оборудование для подготовки и определения характеристик материалов положительных и отрицательных электродов
подготовка
Материалы положительных и отрицательных электродов являются ключевыми компонентами литий-ионных-аккумуляторов, например положительные электроды, такие как LFePO4 или LiCoO2, и отрицательные электроды, такие как графит или кремний/углерод. Разные материалы требуют разных методов подготовки. В этом разделе в качестве примера используются материалы тройных положительных электродов, чтобы представить оборудование, необходимое в процессе подготовки.
Характеристика
Основные материалы литий-ионных батарей, такие как материалы положительных и отрицательных электродов, представляют собой электрохимические функциональные материалы, которые существенно влияют на электрохимические характеристики литий-ионных батарей. Существует относительно много технических показателей, которые следует учитывать при производстве и разработке материалов, а также при производстве и применении аккумуляторов, но в основном они делятся на три категории: первая категория — это кристаллическая структура и микроструктура материала; вторая категория — физико-химические показатели материала, включая гранулометрический состав, удельную поверхность, плотность утряски и элементный состав (включая примеси); и третья категория — это электрохимические характеристики материала, такие как емкость, начальный КПД и электрохимический импеданс. Обнаружение и характеристика различных показателей основных материалов литий-ионных аккумуляторов имеют большое значение для исследований и разработок материалов, контроля производства и обеспечения качества.
Оборудование для производства кнопочных литий-ионных-аккумуляторов
В таблеточном элементе, также известном как кнопочный элемент или полуэлемент-элемент, обычно используется металлический литий в качестве отрицательного электрода и материал положительного электрода в качестве положительного электрода; или металлический литий в качестве положительного электрода и материал отрицательного электрода в качестве отрицательного электрода. Его небольшой размер, низкий расход материала при изготовлении электродов и высокая гибкость делают его важным устройством для разработки и тестирования активных материалов для литий-ионных аккумуляторов.
На этапе изготовления электродов необходимые материалы и реагенты включают материалы положительных и отрицательных электродов, проводящие агенты, связующие вещества и токосъемники. Сначала активные материалы положительного и отрицательного электрода, проводящие агенты и связующие вещества равномерно смешиваются в определенном соотношении с использованием ручного измельчения или механической гомогенизации. Затем полученную суспензию наносят на соответствующий токосъемник. При лабораторном нанесении покрытия метод покрытия определяется в зависимости от количества суспензии. Для более крупных суспензий используется небольшая машина для нанесения покрытия (рис. (а)); для суспензий меньшего размера для ручного нанесения покрытия используется пленкообразующее-устройство (рисунок (b)). Затем электрод сушат в сушильной печи и уплотняют валковым прессованием. Нарезка — это процесс точного разрезания электрода на круглые кусочки. Обычно электрод, прижимаемый роликом-, зажимается между бумагой для взвешивания и помещается на перфорационную машину, чтобы быстро выбивать небольшие кусочки электрода. Диаметр небольших кусочков электрода можно регулировать в зависимости от размера штампа штамповочного станка.
