Razmerje splošne rešitve za načrtovanje dimenzij polne plošče cilindričnih baterij

Razmerje splošne rešitve za načrtovanje dimenzij polne plošče cilindričnih baterij

Litijeve baterije je mogoče razvrstiti v kvadratne, mehke in cilindrične baterije glede na njihov način pakiranja in oblike. Med njimi imajo cilindrične baterije glavne prednosti, kot so dobra konsistenca, visoka proizvodna učinkovitost in nizki proizvodni stroški. Imajo več kot 30-letno razvojno zgodovino od njihove ustanovitve leta 1991. V zadnjih letih, z izdajo Tesline all pole ear tehnologije, se je uporaba velikih cilindričnih baterij na področju električnih baterij in shranjevanja energije pospešila in postala raziskovalna vroča točka za večja podjetja za litijeve baterije.

Slika 1: Primerjava zmogljivosti na posamezni in sistemski ravni litijevih baterij z različnimi oblikami

Cilindrično ohišje baterije je lahko jekleno ohišje, aluminijasto ohišje ali mehko ohišje. Njegova skupna značilnost je, da proizvodni proces sprejme tehnologijo navijanja, ki uporablja navijalno iglo kot jedro in poganja navijalno iglo, da se vrti v plast in skupaj ovije izolacijsko folijo in elektrodno ploščo, kar na koncu tvori razmeroma enakomerno cilindrično jedro navijanja. Kot je prikazano na naslednji sliki, je tipičen postopek navijanja naslednji: najprej navijalna igla vpne diafragmo za predhodno navijanje membrane, nato se negativna elektroda vstavi med dve plasti izolacijskega filma za predhodno navijanje negativne elektrode, in nato se vstavi pozitivna elektroda za navijanje visoke hitrosti. Po končanem navijanju rezalni mehanizem prereže elektrodo in diafragmo, na koncu pa se na koncu nanese plast lepilnega traku, ki fiksira obliko.

Slika 2: Shematski diagram procesa navijanja

Kontrola premera jedra po navijanju je ključnega pomena. Če je premer prevelik, ga ni mogoče sestaviti, če je premer premajhen, pa je izguba prostora. Zato je natančna zasnova premera jedra ključnega pomena. Na srečo so cilindrične baterije razmeroma pravilne geometrije in obseg vsake plasti elektrode in diafragme je mogoče izračunati s približkom kroga. Končno je mogoče sešteti celotno dolžino elektrode, da dobimo zasnovo zmogljivosti. Zbrane vrednosti premera igle, števila plasti elektrode in števila plasti diafragme so premer jedra rane. Opozoriti je treba, da sta bistvena elementa zasnove litij-ionske baterije zasnova zmogljivosti in zasnova velikosti. Poleg tega lahko s teoretičnimi izračuni oblikujemo tudi polno uho na katerem koli položaju jedra tuljave, ne omejeno na glavo, rep ali sredino, in pokrivamo tudi metode načrtovanja večpolnega ušesa in vsepolnega ušesa za cilindrične baterije .

Da bi raziskali vprašanja dolžine elektrode in premera jedra, moramo najprej preučiti tri postopke: neskončno predhodno navijanje izolacijskega filma, neskončno predhodno navijanje negativne elektrode in neskončno navijanje pozitivne elektrode. Ob predpostavki, da je premer igle tuljave p, debelina izolacijskega filma s, debelina negativne elektrode a in debelina pozitivne elektrode c, vse v milimetrih.

• Neskončen postopek pred navijanjem izolacijske membrane

Med postopkom predhodnega navijanja diafragme se istočasno navijata dve plasti diafragme, tako da je premer zunanje membrane med postopkom navijanja vedno ena večja debelina membrane (+1s) kot premer notranje membrane. Začetni premer notranjega navitja membrane je končni premer prejšnjega navitja in za vsako prednavijanje membrane se premer jedra poveča za štiri plasti debeline membrane (+4s).

Dodatek 1: Zakon spreminjanja premera neskončnega postopka prednavijanja izolacijske membrane

• Neskončni postopek prednavijanja negativne elektrode

Med postopkom predhodnega navijanja negativne elektrode je zaradi dodajanja plasti negativne elektrode premer zunanje diafragme med postopkom navijanja vedno en sloj večji od debeline notranje diafragme in enega sloja negativne elektrode ( +1s+1a), začetni premer navitja notranje membrane pa je vedno enak končnemu premeru prejšnjega kroga. V tem času se za vsako predhodno navijanje negativne elektrode premer jedra poveča za štiri plasti diafragme in dve plasti debeline negativne elektrode (+4s+2a).

Dodatek 2: Zakon spreminjanja premera neskončnega postopka prednavijanja plošče negativne elektrode

Neskončen proces navijanja plošče pozitivne elektrode

Med postopkom navijanja pozitivne elektrode je zaradi dodajanja nove plasti pozitivne elektrode začetni premer pozitivne elektrode vedno enak končnemu premeru prejšnjega kroga, medtem ko začetni premer notranjega membranskega navitja postane končni premer prejšnjega kroga plus debelina ene plasti pozitivne elektrode (+1c). Vendar pa je med postopkom navijanja zunanje membrane premer vedno le za eno plast večji od debeline notranje membrane in ene plasti negativne elektrode (+1s+1a). V tem času je negativna elektroda predhodno navita za vsak krog. Premer jedra tuljave se poveča za 4 plasti diafragme, 2 plasti negativne elektrode in 2 plasti pozitivne elektrode debeline (+4s+2s+2a).

Dodatek 3: Zakon spreminjanja premera pozitivne elektrode med postopkom neskončnega navijanja

Zgoraj smo z analizo neskončnega procesa navijanja diafragme in elektrodne plošče dobili vzorec variacije premera jedra in dolžine elektrodne plošče. Ta metoda analitičnega izračuna po plasteh omogoča natančno razporeditev položaja ušes elektrod (vključno z enopolnimi ušesi, večpolnimi ušesi in polnimi ušesi), vendar se postopek navijanja še ni končal. Na tej točki so plošča pozitivne elektrode, plošča negativne elektrode in izolacijska folija v stanju izpiranja. Osnovno načelo zasnove baterije je zahtevati, da izolacijska folija popolnoma prekrije ploščo negativne elektrode, negativna elektroda pa mora prav tako popolnoma prekriti pozitivno elektrodo.

Slika 3: Shematski diagram strukture tuljave cilindrične baterije in postopek zapiranja

Zato je treba dodatno raziskati vprašanje navijanja jedrne negativne elektrode in izolacijske folije. Očitno, ker je bila pozitivna elektroda že navita in je pred tem začetni premer pozitivne elektrode vedno enak končnemu premeru prejšnjega kroga, začetni premer diafragme notranje plasti nadomesti končni premer prejšnjega kroga. . Na podlagi tega začetni premer negativne elektrode poveča debelino ene plasti diafragme (+1s), poveča začetni premer zunanje diafragme še za eno plast debeline negativne elektrode (+1s+1a).

Dodatek 4: Spremembe premera in dolžine elektrode in diafragme med postopkom navijanja cilindričnih baterij

Doslej smo dobili matematični izraz dolžine pozitivne plošče, negativne plošče in izolacijskega filma pri poljubnem številu ciklov navijanja. Recimo, da je diafragma predhodno navita m+1 ciklov, negativna plošča je predhodno navita n+1 ciklov, pozitivna plošča je navita x+1 ciklov, osrednji kot negativne plošče pa je θ °, osrednji izolacijski kot navijanje filma je β °, potem obstaja naslednje razmerje:

Določitev števila plasti elektrode in diafragme ne določa samo dolžine elektrode in diafragme, kar posledično vpliva na zasnovo zmogljivosti, ampak tudi določa končni premer jedra tuljave, kar močno zmanjša tveganje sestavljanja jedra tuljave. Čeprav smo premer jedra dobili po navijanju, nismo upoštevali debeline ušesa palice in končnega lepilnega papirja. Ob predpostavki, da je debelina pozitivnega ušesa tabc, je debelina negativnega ušesa taba, končno lepilo pa je 1 krog, prekrivajoče se območje pa se izogiba položaju ušesa palice z debelino g. Zato je končni premer jedra:

Zgornja formula je razmerje splošne rešitve za zasnovo valjastih baterijskih elektrodnih plošč. Določa problem dolžine elektrodne plošče, dolžine diafragme in premera jedra tuljave ter kvantitativno opisuje razmerje med njimi, kar močno izboljša natančnost načrtovanja in ima veliko praktično uporabno vrednost.

Končno moramo rešiti problem razporeditve ušes. Običajno sta na enem drogu ena ali dve ušesi ali celo tri ušesa, kar je majhno število ušes. Vodnik z jezičkom je privarjen na površino droga. Čeprav lahko do neke mere vpliva na natančnost zasnove dolžine pola (brez vpliva na premer), je kabel z jezičkom običajno ozek in ima majhen vpliv, zato je splošna formula rešitve za zasnovo velikosti cilindričnih baterij, predlagana v tem članku ignorira to težavo.

Slika 4: Postavitev pozitivnih in negativnih položajev ušesa

Zgornji diagram je shematski diagram namestitve drogov. Na podlagi predhodno predlaganega splošnega razmerja velikosti polov lahko jasno razumemo spremembe dolžine in premera vsake plasti polov med postopkom navijanja. Zato je pri razporejanju polovnih ušesov mogoče pozitivne in negativne ušese natančno razporediti na ciljni položaj polovnega nastavka v primeru enopolnega ušesa, medtem ko je v primeru več ali polnih polovnih ušesov običajno potrebno poravnati več plasti drogov, Na podlagi tega moramo samo odstopati od fiksnega kota vsake plasti droga, da dobimo razporeditveni položaj vsake plasti droga. Ko se premer jedra navijanja postopoma povečuje med postopkom navijanja, se celotna razdalja razporeditve čepa približno spremeni z aritmetično progresijo s π (4s+2a+2c) kot toleranco.

Da bi nadalje raziskali vpliv nihanj debeline elektrodnih plošč in diafragm na premer in dolžino jedra tuljave, vzamemo za primer veliko cilindrično polno elektrodno ušesno celico 4680, ob predpostavki, da je premer igle tuljave 1 mm, debelina zapiralni trak je 16um, debelina izolacijske folije je 10um, debelina plošče pozitivne elektrode pri hladnem stiskanju je 171um, debelina med navijanjem je 174um, debelina plošče negativne elektrode pri hladnem stiskanju je 249um, debelina med navijanjem je 255 um, tako diafragma kot plošča negativne elektrode sta predhodno zviti za 2 obrata. Izračun pokaže, da je plošča pozitivne elektrode navita za 47 obratov, z dolžino 3371,6 mm, negativna elektroda je po navitju navita 49,5-krat, z dolžino 3449,7 mm in premerom 44,69 mm.

Slika 5: Vpliv nihanja debeline pola in diafragme na premer jedra in dolžino pola

Iz zgornje slike je intuitivno razvidno, da ima nihanje debeline pola in membrane določen vpliv na premer in dolžino jedra tuljave. Ko debelina polovnega kosa odstopa za 1 um, se premer in dolžina jedra tuljave povečata za približno 0,2 %, ko pa debelina membrane odstopa za 1 um, se premer in dolžina jedra tuljave povečata za približno 0,5 %. Zato je treba za nadzor doslednosti premera jedra tuljave čim bolj zmanjšati nihanje pola in diafragme, prav tako pa je treba zbrati razmerje med odbojem elektrodne plošče in časom. med hladnim stiskanjem in navijanjem, da pomaga pri procesu oblikovanja celic.



Povzetek

1. Zasnova zmogljivosti in zasnova premera sta najnižja stopnja načrtovanja za cilindrične litijeve baterije. Ključ do načrtovanja zmogljivosti je v dolžini elektrode, medtem ko je ključ do načrtovanja premera v analizi števila plasti.
2. Pomembna je tudi razporeditev ušesnih palic. Za strukture z večpolnim ušesom ali polnopolnim ušesom se lahko poravnava ušesa s polom uporabi kot merilo za ocenjevanje zmožnosti načrtovanja in zmožnosti nadzora procesa baterijske celice. Metoda analize po plasteh lahko bolje izpolni zahteve glede razporeditve in poravnave položaja ušesa.