Конструктивна основа літій-іонних акумуляторів
Основні принципи проектування
Конструкція батареї повинна базуватися на конкретних потребах електричного пристрою та характеристикахакумуляторсебе. По-перше, повинні бути чітко визначені технічні параметри кожного компонента, включаючи електроди, електроліт, сепаратор і корпус. Крім того, параметри виробничого процесу необхідно точно налаштувати, щоб остаточна батарея відповідала заданим специфікаціям і показникам продуктивності (таким як напруга, ємність і об’єм). Розумна та ефективна конструкція має вирішальне значення для покращення продуктивності батареї під час фактичного використання; тому пошук оптимального рішення протягом усього процесу проектування є особливо важливим.
Вимоги до дизайну
При проектуванні батареї важливо повністю розуміти конкретні вимоги цільового пристрою до параметрів продуктивності батареї та її робочого середовища. Загалом слід враховувати такі ключові фактори:
(1) Робоча напруга батареї.
(2) Робочий струм батареї, тобто нормальний струм розряду та піковий струм.
(3) Час роботи батареї, включаючи час безперервної розрядки, термін служби або тривалість циклу.
(4) Середовище роботи акумулятора, включаючи температуру навколишнього середовища тощо.
(5) Максимально допустимий об’єм акумулятора.
Літій{0}}іонні батареї широко використовуються завдяки їхній чудовій продуктивності. Однак у певних випадках вони повинні відповідати низці додаткових вимог, як-от стійкість до ударів і вібрації, адаптація до екстремальних температур і робота в середовищах із низьким -тиском. Під час розробки цих батарей, окрім розгляду цих основних фізичних характеристик, необхідно всебічно враховувати такі фактори, як вибір сировини, ключові фактори, що визначають характеристики батареї, загальну продуктивність, виробничі процеси, аналіз витрат-вигоди та робочу температуру.
Основні показники для оцінки ефективності живлення акумуляторів
Ефективність батареї зазвичай оцінюється за такими аспектами:
1) Ємність
Ємність батареї означає загальну кількість електроенергії, яку може забезпечити батарея за певних умов розряду. Це поняття зазвичай виражається як добуток сили струму на час і зазвичай вимірюється в ампер-годинах (Ah). Цей параметр безпосередньо впливає на максимальний робочий струм акумулятора і тривалість безперервної роботи.
2) Характеристики розряду та внутрішній опір
Характеристики розряду батареї відображають стабільність вихідної напруги, плато напруги та високий -струм розряду за певних умов. Це важливі показники для вимірювання навантажувальної ємності акумулятора. Крім того, в батареї існує два типи опору: омічний внутрішній опір і поляризаційний внутрішній опір. Ці два типи внутрішнього опору мають особливо значний вплив на загальну ефективність розряду під час розряду з високим -струмом.
3) Діапазон робочих температур
Щоб забезпечити стабільну роботу електрообладнання в різних умовах навколишнього середовища, батареї повинні підтримувати хороші характеристики в певному діапазоні температур.
4) Продуктивність зберігання
Після певного періоду зберігання продуктивність батареї може змінитися через різні фактори, що призведе до само-розряду, витоку електроліту, короткого замикання тощо, що вплине на її роботу.
5) Продуктивність циклу
Ефективність циклу означає кількість циклів заряду-розряду, яку вторинна батарея може витримати за певних правил заряду-розряду, доки її продуктивність не впаде до попередньо визначеного рівня. Це один із важливих показників для оцінки-довгострокової надійності акумулятора.
6) Характеристики безпеки
Безпека батареї в основному відображається на рівні її безпеки за ненормальних умов використання. Ці ненормальні умови використання включають перезарядження, короткі замикання, тести на проникнення цвяхів, тести на роздавлювання, вплив гарячої коробки, удари важкими предметами та вібрацію. Здатність батареї витримувати такі екстремальні умови є одним із ключових факторів, що визначає її придатність для широкомасштабних -застосунків.
Обладнання для приготування та визначення характеристик позитивних і негативних електродних матеріалів
підготовка
Матеріали позитивних і негативних електродів є ключовими компонентами літій-іонних акумуляторів, як-от позитивні електроди, як-от LFePO4 або LiCoO2, і негативні електроди, як-от графіт або кремній/вуглець. Різні матеріали вимагають різних методів підготовки. У цьому розділі використовуються потрійні позитивні електродні матеріали як приклад для ознайомлення з обладнанням, необхідним у процесі підготовки.
Характеристика
Основні матеріали літій-{0}}іонних акумуляторів, як-от матеріали позитивних і негативних електродів, є електрохімічними функціональними матеріалами, які суттєво впливають на електрохімічні характеристики літій-{1}}іонних акумуляторів. Існує відносно багато технічних показників, які слід враховувати під час виробництва та розробки матеріалів, а також виробництва та застосування акумуляторів, але в основному вони поділяються на три категорії: перша категорія — це кристалічна структура та мікроструктура матеріалу; друга категорія — фізико-хімічні показники матеріалу, у тому числі гранулометричний склад, питома поверхня, щільність відведення, елементний склад (включаючи домішки); і третя категорія - це електрохімічні характеристики матеріалу, такі як ємність, початкова ефективність і електрохімічний імпеданс. Виявлення та характеристика різних показників основних матеріалів літій-іонних акумуляторів мають велике значення для дослідження та розробки матеріалів, контролю виробництва та забезпечення якості.
Обладнання для виробництва кнопкових літій{0}}іонних акумуляторів
Пластиковий елемент, також відомий як кнопковий елемент або напів-елемент, зазвичай використовує металевий літій як негативний електрод і матеріал позитивного електрода як позитивний електрод; або металевий літій як позитивний електрод і матеріал негативного електрода як негативний електрод. Його невеликий розмір, низьке споживання матеріалу для виготовлення електродів і висока гнучкість роблять його важливим пристроєм для розробки та тестування активних матеріалів для літій-іонних батарей.
На етапі виготовлення електродів необхідні матеріали та реагенти включають матеріали позитивного та негативного електродів, провідні агенти, зв’язувальні речовини та струмоприймачі. По-перше, активні матеріали позитивного та негативного електродів, провідні агенти та сполучні речовини однорідно змішуються в певному співвідношенні за допомогою ручного подрібнення або механічної гомогенізації. Потім отриману суспензію наносять на відповідний струмоприймач. У лабораторних умовах метод покриття визначається на основі кількості суспензії. Для більших суспензій використовується невелика машина для нанесення покриття (Малюнок (а)); для менших суспензій для ручного нанесення покриття використовується -пристрій для утворення плівки (Малюнок (b)). Потім електрод сушать в сушильній шафі і ущільнюють вальцьовим пресуванням. Нарізка — це процес точного розрізання електрода на круглі частини. Як правило, роликовий-пресований електрод затискається між папером для зважування та поміщається на перфоратор для швидкого виколювання невеликих частин електрода. Діаметр невеликих частин електрода можна регулювати за розміром штампа штампувальної машини.
