Општи однос решења за пројектовање димензија стубних плоча цилиндричних батерија

Општи однос решења за пројектовање димензија стубних плоча цилиндричних батерија

Литијумске батерије се могу класификовати у квадратне, меке и цилиндричне батерије на основу њихових метода паковања и облика. Међу њима, цилиндричне батерије имају кључне предности као што су добра конзистенција, висока ефикасност производње и ниски трошкови производње. Имају историју развоја од преко 30 година од њиховог оснивања 1991. Последњих година, са ослобађањем Теслине технологије са свим половима, примена великих цилиндричних батерија у области енергетских батерија и складиштења енергије је убрзана, постајући истраживање. хотспот за велике компаније за литијумске батерије.

Слика 1: Поређење перформанси на појединачном и системском нивоу литијумских батерија различитих облика

Цилиндрична шкољка батерије може бити челична шкољка, алуминијумска шкољка или мекано паковање. Његова заједничка карактеристика је да производни процес усваја технологију намотаја, која користи иглу за намотавање као језгро и покреће иглу за намотавање да се ротира да слојеви и омота изолациони филм и плочу електроде заједно, формирајући на крају релативно униформно цилиндрично језгро за намотавање. Као што је приказано на следећој слици, типичан процес намотавања је следећи: прво, игла за намотавање стеже дијафрагму за претходно намотавање дијафрагме, затим се негативна електрода убацује између два слоја изолационог филма за претходно намотавање негативне електроде, а затим се убацује позитивна електрода за брзо намотавање. Након што је намотавање завршено, механизам за сечење пресеца електроду и дијафрагму, а на крају се на крају наноси слој лепљиве траке за фиксирање облика.

Слика 2: Шематски дијаграм процеса намотавања

Контрола пречника језгра након намотавања је кључна. Ако је пречник превелик, не може се склопити, а ако је пречник премали, губи се простор. Због тога је тачан дизајн пречника језгра од кључног значаја. На срећу, цилиндричне батерије су релативно правилне геометрије, а обим сваког слоја електроде и дијафрагме може се израчунати апроксимацијом круга. Коначно, укупна дужина електроде се може акумулирати да би се добио дизајн капацитета. Акумулиране вредности пречника игле, броја слоја електроде и броја слоја дијафрагме су пречник језгра ране. Треба напоменути да су основни елементи дизајна литијум-јонских батерија дизајн капацитета и дизајн величине. Поред тога, кроз теоријске прорачуне, такође можемо да дизајнирамо полно уво на било којој позицији језгра завојнице, не ограничавајући се на главу, реп или центар, а такође можемо да покријемо методе пројектовања вишеполног уха и свих полних уха за цилиндричне батерије .

Да бисмо истражили питања дужине електроде и пречника језгра, прво треба да проучимо три процеса: бесконачно претходно намотавање изолационог филма, бесконачно преднамотавање негативне електроде и бесконачно намотавање позитивне електроде. Под претпоставком да је пречник игле завојнице п, дебљина изолационог филма је с, дебљина негативне електроде је а, а дебљина позитивне електроде ц, све у милиметрима.

• Бесконачан процес претходног намотавања изолационе мембране

Током процеса претходног намотавања мембране, два слоја дијафрагме се намотају истовремено, тако да је пречник спољашње дијафрагме током процеса намотавања увек један слој дебљине мембране (+1с) од унутрашње дијафрагме. Почетни пречник унутрашњег намотаја мембране је крајњи пречник претходног намотаја, а за сваки преднамотај мембране, пречник језгра се повећава за четири слоја дебљине дијафрагме (+4с).

Додатак 1: Закон варијације пречника бесконачног процеса претходног намотавања изолационе мембране

• Бесконачан процес претходног намотаја негативне електроде

Током процеса претходног намотавања негативне електроде, због додавања слоја негативне електроде, пречник спољне дијафрагме током процеса намотавања је увек један слој већи од дебљине унутрашње дијафрагме и једног слоја негативне електроде ( +1с+1а), а почетни пречник унутрашњег намотаја дијафрагме увек је једнак крајњем пречнику претходног круга. У овом тренутку, за свако претходно намотавање негативне електроде, пречник језгра се повећава за четири слоја дијафрагме и два слоја дебљине негативне електроде (+4с+2а).

Додатак 2: Закон варијације пречника бесконачног процеса претходног намотавања плоче негативне електроде

Бесконачни процес намотавања плоче позитивне електроде

Током процеса намотавања позитивне електроде, услед додавања новог слоја позитивне електроде, почетни пречник позитивне електроде је увек једнак крајњем пречнику претходног круга, док почетни пречник унутрашњег намотаја дијафрагме постаје крајњи пречник претходног круга плус дебљина једног слоја позитивне електроде (+1ц). Међутим, током процеса намотавања спољашње дијафрагме, пречник је увек само један слој већи од дебљине унутрашње дијафрагме и једног слоја негативне електроде (+1с+1а). У овом тренутку, негативна електрода је претходно намотана за сваки круг. Пречник језгра завојнице се повећава за 4 слоја дијафрагме, 2 слоја негативне електроде и 2 слоја дебљине позитивне електроде (+4с+2с+2а).

Додатак 3: Закон варијације пречника позитивне електроде током процеса бесконачног намотавања

Изнад, кроз анализу процеса бесконачног намотаја дијафрагме и плоче електроде, добили смо образац варијације пречника језгра и дужине плоче електроде. Ова метода аналитичког прорачуна слој по слој је погодна за прецизно распоређивање положаја ушију електрода (укључујући једнополне уши, вишеполне уши и уши са пуним половима), али процес намотавања још није завршен. У овом тренутку, плоча позитивне електроде, плоча негативне електроде и изолациони филм су у стању испирања. Основни принцип дизајна батерије је да захтева да изолациони филм потпуно покрије плочу негативне електроде, а негативна електрода такође треба да потпуно покрије позитивну електроду.

Слика 3: Шематски дијаграм структуре намотаја цилиндричне батерије и процеса затварања

Због тога је неопходно даље истражити питање намотавања негативне електроде језгра и изолационог филма. Очигледно, пошто је позитивна електрода већ намотана, а пре тога, почетни пречник позитивне електроде је увек једнак крајњем пречнику претходног круга, почетни пречник унутрашњег слоја дијафрагме замењује крајњи пречник претходног круга. . На основу тога, почетни пречник негативне електроде повећава дебљину једног слоја дијафрагме (+1с), Повећајте почетни пречник спољашње дијафрагме за још један слој негативне дебљине електроде (+1с+1а).

Додатак 4: Варијације у пречнику и дужини електроде и дијафрагме током процеса намотавања цилиндричних батерија

До сада смо добили математички израз дужине позитивне плоче, негативне плоче и изолационог филма под било којим бројем циклуса намотаја. Претпоставимо да је дијафрагма претходно намотана м+1 циклуса, негативна плоча је претходно намотана н+1 циклуса, позитивна плоча је намотана к+1 циклуса, а централни угао негативне плоче је θ °, централни угао изолације намотај филма је β °, тада постоји следећи однос:

Одређивање броја слојева електроде и дијафрагме не само да одређује дужину електроде и дијафрагме, што заузврат утиче на дизајн капацитета, већ и одређује коначни пречник језгра завојнице, што у великој мери смањује ризик од монтаже језгра завојнице. Иако смо добили пречник језгра након намотавања, нисмо узели у обзир дебљину стубног уха и завршног лепљивог папира. Под претпоставком да је дебљина позитивног уха табц, дебљина негативног уха је таба, а завршни лепак је 1 круг и површина преклапања избегава положај стубног уха, дебљине г. Дакле, коначни пречник језгра је:

Горња формула је општи однос решења за дизајн цилиндричних плоча електрода батерије. Он одређује проблем дужине плоче електроде, дужине дијафрагме и пречника језгра завојнице, и квантитативно описује однос између њих, значајно побољшавајући тачност дизајна и има велику практичну вредност.

Коначно, оно што треба да решимо је проблем уређења ушију. Обично се на једном стубу налазе једна или два стубна уха или чак три уха, што је мали број ушију. Каблов је заварен на површину стуба. Иако може утицати на тачност дизајна дужине стуба у одређеној мери (без утицаја на пречник), вод језичка је обично узан и има мали утицај, стога је општа формула решења за дизајн величине цилиндричних батерија предложена у овом чланку. игнорише ово питање.

Слика 4: Изглед позитивних и негативних положаја уха

Горњи дијаграм је шематски дијаграм постављања стубова. На основу претходно предложеног општег односа величине стуба, можемо јасно разумети промене дужине и пречника сваког слоја стубова током процеса намотавања. Стога, када се постављају папучице стуба, позитивне и негативне папучице могу се тачно распоредити на циљној позицији стуба у случају једнополне папучице, док је за случај вишеструких или пуних папучица обично потребно поравнати више слојева папучица, на основу тога, потребно је само да одступимо од фиксног угла сваког слоја ушице, како бисмо добили положај распореда сваког слоја ушице. Како се пречник језгра намотаја постепено повећава током процеса намотавања, укупна удаљеност ушица се приближно мења аритметичком прогресијом са π (4с+2а+2ц) као толеранцијом.

У циљу даљег истраживања утицаја флуктуација дебљине електродних плоча и дијафрагми на пречник и дужину језгра завојнице, узимајући за пример велику цилиндричну ћелију пуне електроде 4680, под претпоставком да је пречник игле завојнице 1 мм, дебљина трака за затварање је 16ум, дебљина изолационог филма је 10ум, дебљина плоче позитивне електроде је 171ум, дебљина током намотавања је 174ум, дебљина хладног пресовања плоче негативне електроде је 249ум, дебљина током намотавања је 255ум, а и дијафрагма и плоче негативне електроде су претходно ваљане за 2 окрета. Прорачун показује да је плоча позитивне електроде намотана за 47 завоја, дужине 3371,6 мм, негативна електрода је намотана 49,5 пута, дужине 3449,7 мм и пречника 44,69 мм након намотавања.

Слика 5: Утицај флуктуације дебљине пола и дијафрагме на пречник језгра и дужину пола

Из горње слике се интуитивно може видети да флуктуација дебљине стуба и мембране има одређени утицај на пречник и дужину језгра завојнице. Када дебљина стуба одступи за 1ум, пречник и дужина језгра завојнице се повећавају за око 0,2%, док када дебљина дијафрагме одступи за 1ум, пречник и дужина језгра завојнице се повећавају за око 0,5%. Стога, да би се контролисала конзистентност пречника језгра завојнице, флуктуација стуба и дијафрагме треба што је више могуће минимизирати, а такође је потребно прикупити однос између одскока плоче електроде и времена између хладног пресовања и намотавања, како би се помогло у процесу дизајна ћелије.



Резиме

1. Дизајн капацитета и дизајн пречника су најнижи ниво логике дизајна за цилиндричне литијумске батерије. Кључ за пројектовање капацитета лежи у дужини електроде, док кључ за дизајн пречника лежи у анализи броја слојева.
2. Распоред положаја за уши је такође од кључног значаја. За вишеполне ушне структуре или ушне структуре са пуним половима, поравнање уха може се користити као критеријум за процену способности дизајна и способности контроле процеса батерије ћелије. Метода анализе слоја по слоју може боље да испуни захтеве распореда и поравнања положаја уха.