Osnova dizajna litijum{0}}ionskih baterija
Osnovni principi dizajna
Dizajn baterije mora biti zasnovan na specifičnim potrebama električnog uređaja i karakteristikamabaterijasama. Prvo, tehnički parametri svake komponente, uključujući elektrode, elektrolit, separator i kućište, moraju biti jasno definirani. Nadalje, parametri proizvodnog procesa moraju biti fino podešeni kako bi se osiguralo da konačni paket baterija zadovoljava unaprijed određene specifikacije i indikatore performansi (kao što su napon, kapacitet i zapremina). Razuman i efikasan dizajn je ključan za poboljšanje performansi baterije u stvarnoj upotrebi; stoga je traženje optimalnog rješenja kroz proces dizajna posebno važno.
Zahtjevi za dizajn
U dizajnu baterije, bitno je u potpunosti razumjeti specifične zahtjeve ciljnog uređaja za parametre performansi baterije i njegovo radno okruženje. Generalno, treba uzeti u obzir sljedeće ključne faktore:
(1) Radni napon baterije.
(2) Radna struja baterije, tj. normalna struja pražnjenja i vršna struja.
(3) Vrijeme rada baterije, uključujući vrijeme neprekidnog pražnjenja, vijek trajanja ili vijek trajanja.
(4) Radno okruženje baterije, uključujući temperaturu okoline, itd.
(5) Maksimalna dozvoljena zapremina baterije.
Litijum{0}}ionske baterije se široko koriste zbog svojih odličnih performansi. Međutim, u određenim aplikacijama, oni moraju ispuniti niz dodatnih zahtjeva, kao što su otpornost na udarce i vibracije, prilagođavanje ekstremnim temperaturama i rad u okruženjima niskog{2}}pritiska. Prilikom projektovanja ovih baterija, pored razmatranja ovih osnovnih fizičkih karakteristika, potrebno je sveobuhvatno razmotriti faktore kao što su izbor sirovina, ključni faktori koji određuju karakteristike baterija, ukupne performanse, proizvodni procesi, analiza troškova{4}}koristi i radna temperatura.
Ključni indikatori za procjenu performansi baterija
Performanse baterije se općenito procjenjuju kroz sljedeće aspekte:
1) Kapacitet
Kapacitet baterije se odnosi na ukupnu količinu električne energije koju baterija može pružiti pod određenim uvjetima pražnjenja. Ovaj koncept se obično izražava kao proizvod struje i vremena, a općenito se mjeri u amper-satima (Ah). Ovaj parametar direktno utiče na maksimalnu radnu struju baterije i trajanje neprekidnog rada.
2) Karakteristike pražnjenja i unutrašnji otpor
Karakteristike pražnjenja baterije odražavaju stabilnost njenog izlaznog napona, platoa napona i performanse pražnjenja velike-struje pod određenim uslovima. Ovo su važni pokazatelji za mjerenje kapaciteta baterije. Nadalje, postoje dvije vrste otpora unutar baterije: omski unutrašnji otpor i polarizacijski unutrašnji otpor. Ova dva tipa unutrašnjeg otpora imaju posebno značajan uticaj na ukupne performanse pražnjenja tokom pražnjenja velike -struje.
3) Raspon radne temperature
Da bi se osigurao stabilan rad električne opreme u različitim uvjetima okoline, baterije moraju održavati dobre performanse unutar određenog temperaturnog raspona.
4) Performanse skladištenja
Nakon određenog perioda skladištenja, performanse baterije se mogu promijeniti zbog različitih faktora, što dovodi do samopražnjenja, curenja elektrolita, kratkih spojeva itd., što utiče na njen rad.
5) Performanse ciklusa
Performanse ciklusa se odnose na broj ciklusa punjenja{0}}pražnjenja koje sekundarna baterija može izdržati prema određenim pravilima punjenja{1}}pražnjenja sve dok njene performanse ne padnu na unaprijed određeni nivo. To je jedan od važnih pokazatelja za ocjenu dugoročne-pouzdanosti baterije.
6) Sigurnosne karakteristike
Sigurnost baterije se uglavnom ogleda u njenom sigurnosnom nivou u nenormalnim uslovima korišćenja. Ovi abnormalni uvjeti korištenja uključuju prekomjerno punjenje, kratke spojeve, testove prodiranja eksera, testove prignječenja, izlaganje vrućim kutijama, udare teških predmeta i vibracije. Sposobnost baterije da izdrži ove ekstremne uslove jedan je od ključnih faktora u određivanju njene prikladnosti za velike-prilike.
Oprema za pripremu i karakterizaciju materijala pozitivnih i negativnih elektroda
priprema
Materijali pozitivnih i negativnih elektroda su ključne komponente litijum-ionskih baterija, kao što su pozitivne elektrode kao što su LFePO4 ili LiCoO2, i negativne elektrode kao što su grafit ili silicijum/ugljik. Različiti materijali zahtijevaju različite metode pripreme. Ovaj dio koristi materijale ternarnih pozitivnih elektroda kao primjer za uvođenje opreme potrebne u procesu pripreme.
Karakterizacija
The main materials of lithium-ion batteries, such as positive and negative electrode materials, are all electrochemical functional materials that significantly influence the electrochemical performance of lithium-ion batteries. There are relatively many technical indicators to consider during material production and development, as well as battery manufacturing and application, but they mainly fall into three categories: the first category is the material's crystal structure and microstructure; the second category is the material's physicochemical indicators, including particle size distribution, specific surface area, tap density, and elemental composition (including impurities); and the third category is the material's electrochemical performance characteristics, such as capacity, initial efficiency, and electrochemical impedance. The detection and characterization of various indicators of lithium-ion battery main materials are of great significance for material research and development, production control, and quality assurance.
Oprema za proizvodnju litijum{0}}jonskih baterija dugmeta
Ćelija novčića, također poznata kao dugmetasta ćelija ili polu-ćelija, obično koristi metalni litijum kao negativnu elektrodu i materijal pozitivne elektrode kao pozitivnu elektrodu; ili metalni litijum kao pozitivna elektroda i materijal negativne elektrode kao negativna elektroda. Njegova mala veličina, niska potrošnja materijala u proizvodnji elektroda i visoka fleksibilnost čine ga važnim uređajem za razvoj i testiranje aktivnih materijala za litijum{2}}jonske baterije.
U fazi izrade elektroda, potrebni materijali i reagensi uključuju materijale pozitivnih i negativnih elektroda, provodljive agense, veziva i kolektore struje. Prvo, aktivni materijali pozitivne i negativne elektrode, provodljivi agensi i veziva se jednolično miješaju u određenom omjeru korištenjem ručnog mljevenja ili mehaničke homogenizacije. Zatim se dobijena suspenzija nanosi na odgovarajući strujni kolektor. U laboratorijskom premazivanju, metoda premazivanja se određuje na osnovu količine suspenzije. Za veće suspenzije koristi se mala mašina za premazivanje (slika (a)); za manje suspenzije, za ručno premazivanje koristi se uređaj za formiranje filma- (slika (b)). Elektroda se zatim suši u peći za sušenje i sabija valjanjem. Rezanje je proces preciznog rezanja elektrode na kružne komade. Općenito, valjak{8}}pritisnuta elektroda se steže između papira za vaganje i stavlja na mašinu za bušenje kako bi se brzo izbili mali komadi elektrode. Promjer malih dijelova elektrode može se podesiti veličinom matrice za probijanje mašine za probijanje.
