Ontwerp en productie van lithium-ionbatterijen

Ontwerpbasis van lithium-ionbatterijen

Basisontwerpprincipes

Het batterijontwerp moet gebaseerd zijn op de specifieke behoeften van het elektrische apparaat en de kenmerken ervanbatterijzelf. Ten eerste moeten de technische parameters van elk onderdeel, inclusief elektroden, elektrolyt, separator en behuizing, duidelijk worden gedefinieerd. Bovendien moeten de parameters van het productieproces nauwkeurig worden aangepast om ervoor te zorgen dat het uiteindelijke batterijpakket voldoet aan de vooraf bepaalde specificaties en prestatie-indicatoren (zoals spanning, capaciteit en volume). Een redelijk en effectief ontwerp is cruciaal voor het verbeteren van de prestaties van de batterij bij daadwerkelijk gebruik; Daarom is het bijzonder belangrijk om gedurende het hele ontwerpproces naar de optimale oplossing te streven.

Ontwerpvereisten

Bij het ontwerpen van batterijen is het essentieel om de specifieke vereisten van het doelapparaat wat betreft batterijprestatieparameters en de gebruiksomgeving ervan volledig te begrijpen. Over het algemeen moeten de volgende belangrijke factoren in overweging worden genomen:

Lithium--ionbatterijen worden veel gebruikt vanwege hun uitstekende prestaties. In bepaalde toepassingen moeten ze echter aan een reeks aanvullende vereisten voldoen, zoals het weerstaan ​​van schokken en trillingen, het zich aanpassen aan extreme temperaturen en het werken in omgevingen met lage- druk. Bij het ontwerpen van deze batterijen is het, naast het in aanmerking nemen van deze fundamentele fysieke kenmerken, noodzakelijk om uitgebreid rekening te houden met factoren zoals de selectie van grondstoffen, sleutelfactoren die de kenmerken van de batterij bepalen, algemene prestaties, productieprocessen, kosten-batenanalyse en bedrijfstemperatuur.

Sleutelindicatoren voor het evalueren van de prestaties van stroombatterijen

1) Capaciteit

Batterijcapaciteit verwijst naar de totale hoeveelheid elektriciteit die een batterij kan leveren onder specifieke ontladingsomstandigheden. Dit concept wordt gewoonlijk uitgedrukt als het product van stroom en tijd, en wordt doorgaans gemeten in ampère-uur (Ah). Deze parameter heeft rechtstreeks invloed op de maximale bedrijfsstroom van de batterij en de duur van continu gebruik.

2) Ontladingskenmerken en interne weerstand

De ontladingskarakteristieken van de batterij weerspiegelen de stabiliteit van de uitgangsspanning, het spanningsplateau en de ontladingsprestaties bij hoge- stroom onder specifieke omstandigheden. Dit zijn belangrijke indicatoren voor het meten van het laadvermogen van de accu. Bovendien zijn er twee soorten weerstand in de batterij: ohmse interne weerstand en interne polarisatieweerstand. Deze twee soorten interne weerstand hebben een bijzonder significante invloed op de algehele ontladingsprestaties tijdens ontlading met hoge -stroom.

3) Bedrijfstemperatuurbereik

Om een ​​stabiele werking van elektrische apparatuur onder verschillende omgevingsomstandigheden te garanderen, moeten batterijen binnen een specifiek temperatuurbereik goede prestaties behouden.

4) Opslagprestaties
Na een bepaalde periode van opslag kunnen de prestaties van de batterij veranderen als gevolg van verschillende factoren, wat kan leiden tot zelf-ontlading, elektrolytlekkage, kortsluiting, enz., waardoor de prestaties worden beïnvloed.

5) Cyclusprestaties
Cyclusprestaties verwijzen naar het aantal laad-{0}}ontlaadcycli dat een secundaire batterij kan weerstaan ​​onder specifieke laad--ontlaadregels totdat de prestaties dalen tot een vooraf bepaald niveau. Het is een van de belangrijke indicatoren voor het evalueren van de betrouwbaarheid van een batterij op lange- termijn.

6) Veiligheidskenmerken
De veiligheid van de batterij komt vooral tot uiting in het veiligheidsniveau onder abnormale gebruiksomstandigheden. Deze abnormale gebruiksomstandigheden omvatten overbelasting, kortsluiting, spijkerpenetratietests, verbrijzelingstests, blootstelling aan een hete doos, schokken van zware voorwerpen en trillingen. Het vermogen van de batterij om deze extreme omstandigheden te weerstaan ​​is een van de belangrijkste factoren bij het bepalen van de geschiktheid voor grootschalige toepassingen.

Apparatuur voor de bereiding en karakterisering van positieve en negatieve elektrodematerialen

voorbereiding

voorbereiding

Materialen voor positieve en negatieve elektrodes zijn belangrijke componenten van lithium-ionbatterijen, zoals positieve elektroden zoals LFePO4 of LiCoO2, en negatieve elektroden zoals grafiet of silicium/koolstof. Verschillende materialen vereisen verschillende bereidingswijzen. In dit gedeelte worden ternaire positieve elektrodematerialen als voorbeeld gebruikt om de apparatuur te introduceren die nodig is voor het voorbereidingsproces.

Karakterisering

De belangrijkste materialen van lithium{0}}ionbatterijen, zoals positieve en negatieve elektrodematerialen, zijn allemaal elektrochemische functionele materialen die de elektrochemische prestaties van lithium-ionbatterijen aanzienlijk beïnvloeden. Er zijn relatief veel technische indicatoren waarmee rekening moet worden gehouden tijdens de productie en ontwikkeling van materialen, evenals bij de productie en toepassing van batterijen, maar deze vallen hoofdzakelijk in drie categorieën: de eerste categorie is de kristalstructuur en microstructuur van het materiaal; de tweede categorie zijn de fysisch-chemische indicatoren van het materiaal, waaronder de deeltjesgrootteverdeling, het specifieke oppervlak, de tapdichtheid en de elementaire samenstelling (inclusief onzuiverheden); en de derde categorie zijn de elektrochemische prestatiekenmerken van het materiaal, zoals capaciteit, initiële efficiëntie en elektrochemische impedantie. De detectie en karakterisering van verschillende indicatoren van de hoofdmaterialen van lithium-ionbatterijen zijn van groot belang voor materiaalonderzoek en -ontwikkeling, productiecontrole en kwaliteitsborging.

Productieapparatuur voor lithium--knoopcelbatterijen

Een knoopcel, ook wel knoopcel of half{0}}cel genoemd, gebruikt doorgaans lithiummetaal als negatieve elektrode en positief elektrodemateriaal als positieve elektrode; of lithiummetaal als de positieve elektrode en een negatief elektrodemateriaal als de negatieve elektrode. Het kleine formaat, het lage materiaalverbruik bij de vervaardiging van elektroden en de hoge flexibiliteit maken het tot een belangrijk apparaat voor de ontwikkeling en het testen van actieve materialen voor lithium-ionbatterijen.

In de fase van de vervaardiging van de elektrode omvatten de benodigde materialen en reagentia positieve en negatieve elektrodematerialen, geleidende middelen, bindmiddelen en stroomcollectoren. Ten eerste worden de actieve materialen van de positieve en negatieve elektrode, geleidende middelen en bindmiddelen uniform gemengd in een specifieke verhouding met behulp van handmatig malen of mechanische homogenisatie. Vervolgens wordt de resulterende slurry op de overeenkomstige stroomcollector aangebracht. Bij laboratoriumcoating wordt de coatingmethode bepaald op basis van de hoeveelheid slurry. Voor grotere slurries wordt een kleine coatingmachine gebruikt (Figuur (a)); voor kleinere slurries wordt een film-vormapparaat gebruikt voor handmatig coaten (Figuur (b)). De elektrode wordt vervolgens in een droogoven gedroogd en door walspersen verdicht. Snijden is het proces waarbij de elektrode nauwkeurig in cirkelvormige stukken wordt gesneden. Over het algemeen wordt de door een rol-geperste elektrode tussen weegpapier geklemd en op een ponsmachine geplaatst om snel kleine stukjes elektrode uit te ponsen. De diameter van de kleine elektrodestukken kan worden aangepast door de ponsmatrijsgrootte van de ponsmachine.