Hönnun og framleiðsla á litíum-jónarafhlöðum

Hönnunargrundvöllur litíum-jónarafhlöður

Grunnreglur um hönnun

Rafhlöðuhönnun verður að byggjast á sérstökum þörfum raftækisins og eiginleikum þessrafhlaðasjálft. Í fyrsta lagi verður að skilgreina tæknilega breytur hvers íhluta, þar með talið rafskaut, raflausn, skilju og hlíf. Ennfremur þarf að fínstilla færibreytur framleiðsluferlisins til að tryggja að endanleg rafhlöðupakkinn uppfylli fyrirfram ákveðnar forskriftir og frammistöðuvísa (svo sem spennu, afkastagetu og rúmmál). Sanngjarn og skilvirk hönnun skiptir sköpum til að bæta afköst rafhlöðunnar í raunverulegri notkun; þess vegna er sérstaklega mikilvægt að sækjast eftir bestu lausninni í gegnum hönnunarferlið.

Hönnunarkröfur

Í rafhlöðuhönnun er nauðsynlegt að skilja að fullu sérstakar kröfur marktækisins um afköst rafhlöðubreytur og rekstrarumhverfi þess. Almennt ætti að huga að eftirfarandi lykilþáttum:

Lithium-jónarafhlöður eru mikið notaðar vegna frábærrar frammistöðu. Hins vegar, í ákveðnum forritum, verða þau að uppfylla ýmsar viðbótarkröfur, svo sem að þola högg og titring, aðlagast miklu hitastigi og starfa í lágum-þrýstingsumhverfi. Þegar þessar rafhlöður eru hannaðar, auk þess að huga að þessum grundvallar eðliseiginleikum, er nauðsynlegt að taka ítarlega tillit til þátta eins og val á hráefni, lykilþætti sem ákvarða eiginleika rafhlöðunnar, heildarafköst, framleiðsluferla, kostnaðar-hagnaðargreiningu og rekstrarhita.

Lykilvísar til að meta frammistöðu rafhlöðu

1) Getu

Rafhlöðugeta vísar til heildarmagns rafmagns sem rafhlaða getur veitt við sérstakar losunaraðstæður. Þetta hugtak er venjulega gefið upp sem margfeldi straums og tíma og er almennt mælt í amper-stundum (Ah). Þessi breytu hefur bein áhrif á hámarks rekstrarstraum rafhlöðunnar og lengd samfelldrar notkunar.

2) Útskriftareiginleikar og innri viðnám

Afhleðslueiginleikar rafhlöðunnar endurspegla stöðugleika úttaksspennu hennar, spennuhásléttu og hár-straumhleðsluafköst hennar við sérstakar aðstæður. Þetta eru mikilvægar vísbendingar til að mæla hleðslugetu rafhlöðunnar. Ennfremur eru tvær gerðir af viðnám innan rafhlöðunnar: ómísk innri viðnám og innri viðnám skautunar. Þessar tvær gerðir innri viðnáms hafa sérstaklega mikil áhrif á heildarlosunarafköst við mikla-straumslosun.

3) Rekstrarhitasvið

Til að tryggja stöðugan rekstur rafbúnaðar við ýmsar umhverfisaðstæður verða rafhlöður að viðhalda góðum árangri innan tiltekins hitastigs.

4) Geymsluafköst
Eftir ákveðinn geymslutíma getur frammistaða rafhlöðunnar breyst vegna ýmissa þátta, sem leiðir til sjálfsafhleðslu, raflausnaleka, skammhlaups osfrv., sem hefur þannig áhrif á afköst hennar.

5) Hringrás árangur
Afköst hringrásar vísar til fjölda hleðslu-afhleðslulota sem aukarafhlaða þolir við sérstakar hleðslu-afhleðslureglur þar til afköst hennar falla niður í fyrirfram ákveðið stig. Það er einn af mikilvægum vísbendingum til að meta -langtímaáreiðanleika rafhlöðu.

6) Öryggiseiginleikar
Öryggi rafhlöðunnar endurspeglast aðallega í öryggisstigi hennar við óeðlilegar notkunaraðstæður. Þessar óeðlilegu notkunaraðstæður fela í sér ofhleðslu, skammhlaup, naglagengspróf, álagspróf, útsetningu fyrir heitum kassa, mikil högg á hlut og titring. Hæfni rafhlöðunnar til að standast þessar erfiðu aðstæður er einn af lykilþáttunum við að ákvarða hæfi þess fyrir stór-forrit.

Búnaður til að undirbúa og lýsa jákvæðum og neikvæðum rafskautsefnum

undirbúningur

undirbúningur

Jákvæð og neikvæð rafskautsefni eru lykilþættir litíum-jónarafhlöður, eins og jákvæð rafskaut eins og LFePO4 eða LiCoO2, og neikvæð rafskaut eins og grafít eða sílikon/kolefni. Mismunandi efni krefjast mismunandi undirbúningsaðferða. Þessi hluti notar þrískipt jákvæð rafskautsefni sem dæmi til að kynna búnaðinn sem þarf í undirbúningsferlinu.

Einkenni

Aðalefni litíum-jónarafhlöðna, svo sem jákvæð og neikvæð rafskautsefni, eru öll rafefnafræðileg virk efni sem hafa veruleg áhrif á rafefnafræðilega frammistöðu litíum-jónarafhlöðna. Það eru tiltölulega margar tæknilegar vísbendingar sem þarf að hafa í huga við framleiðslu og þróun efnis, svo og rafhlöðuframleiðslu og notkun, en þeir falla aðallega í þrjá flokka: Fyrsti flokkurinn er kristalbygging efnisins og örbygging; annar flokkurinn er eðlisefnafræðilegir vísbendingar efnisins, þar á meðal kornastærðardreifingu, sérstakt yfirborðsflatarmál, kranþéttleika og frumefnasamsetningu (þar á meðal óhreinindi); og þriðji flokkurinn eru rafefnafræðilegir frammistöðueiginleikar efnisins, svo sem afkastagetu, upphafleg skilvirkni og rafefnafræðileg viðnám. Uppgötvun og lýsing á ýmsum vísbendingum um aðalefni litíum-jónarafhlöðu hefur mikla þýðingu fyrir efnisrannsóknir og þróun, framleiðslustýringu og gæðatryggingu.

Hnappur litíum-jónarafhlöðuframleiðslubúnaður

Myntfrumur, einnig þekktur sem hnappafruma eða hálf-klefa, notar venjulega litíummálm sem neikvæða rafskautið og jákvætt rafskautsefni sem jákvæða rafskautið; eða litíum málmur sem jákvæða rafskautið og neikvætt rafskautsefni sem neikvæða rafskautið. Smæð þess, lítil efnisnotkun við rafskautsframleiðslu og mikill sveigjanleiki gera það að mikilvægu tæki fyrir þróun og prófun á virkum efnum fyrir litíum-jónarafhlöður.

Á rafskautsframleiðslustigi eru efnin og hvarfefnin sem krafist er jákvæð og neikvæð rafskautsefni, leiðandi efni, bindiefni og straumsafnarar. Í fyrsta lagi er jákvæðu og neikvæðu rafskautinu, virk efni, leiðandi efni og bindiefni blandað jafnt í ákveðnu hlutfalli með því að nota handvirka mala eða vélrænni einsleitni. Síðan er slurryn sem myndast húðuð á samsvarandi straumsafnara. Í rannsóknarstofuhúð er húðunaraðferðin ákvörðuð út frá magni slurrys. Fyrir stærri slurry er lítil húðunarvél notuð (Mynd (a)); fyrir smærri slurry er filmu-myndandi tæki notað til handvirkrar húðunar (Mynd (b)). Rafskautið er síðan þurrkað í þurrkofni og þjappað með rúllupressun. Sneið er ferlið við að skera rafskautið nákvæmlega í hringlaga bita. Almennt er valspressaða rafskautinu klemmt á milli vigtunarpappírs og sett á gatavél til að kýla fljótt út litla rafskautsstykki. Þvermál litlu rafskautshlutanna er hægt að stilla með gatastærð gatavélarinnar.