Општо решение за дизајнот на димензиите на полската плоча на цилиндричните батерии

Општо решение за дизајнот на димензиите на полската плоча на цилиндричните батерии

Литиумските батерии може да се класифицираат на квадратни, меки и цилиндрични батерии врз основа на нивните методи и форми на пакување. Меѓу нив, цилиндричните батерии имаат основни предности како што се добра конзистентност, висока производна ефикасност и ниски трошоци за производство. Тие имаат развојна историја од над 30 години од нивното основање во 1991 година. Во последниве години, со објавувањето на технологијата за уши со сите полови на Tesla, примената на големи цилиндрични батерии во областа на батериите за напојување и складирање енергија се забрза, станувајќи истражување жариште за големи компании за литиумски батерии.

Слика 1: Споредба на перформансите на единечно и системско ниво на литиумски батерии со различни форми

Цилиндричната обвивка од батеријата може да биде челична обвивка, алуминиумска обвивка или меко пакување. Неговата заедничка карактеристика е што процесот на производство ја усвојува технологијата на намотување, која ја користи иглата за намотување како јадро и ја придвижува иглата за намотување да се ротира во слој и да ги завитка изолациониот филм и плочата на електродата заедно, на крајот формирајќи релативно еднообразно цилиндрично јадро на намотување. Како што е прикажано на следната слика, типичен процес на намотување е како што следува: прво, иглата за намотување ја прицврстува дијафрагмата за претходно намотување на дијафрагмата, потоа негативната електрода се вметнува помеѓу два слоја на изолациона фолија за претходно намотување на негативната електрода. а потоа позитивната електрода се вметнува за намотување со голема брзина. По завршувањето на намотувањето, механизмот за сечење ги пресекува електродата и дијафрагмата и на крајот, на крајот се нанесува слој од леплива лента за да се поправи обликот.

Слика 2: Шематски дијаграм на процесот на намотување

Контролата на дијаметарот на јадрото по намотување е од клучно значење. Ако дијаметарот е преголем, не може да се состави, а ако дијаметарот е премал, се губи простор. Затоа, точниот дизајн на дијаметарот на јадрото е од клучно значење. За среќа, цилиндричните батерии се релативно правилни геометрии, а обемот на секој слој на електродата и дијафрагмата може да се пресмета со приближување на круг. Конечно, вкупната должина на електродата може да се акумулира за да се добие дизајнот на капацитетот. Акумулираните вредности на дијаметарот на иглата, бројот на слојот на електродата и бројот на слојот на дијафрагмата се дијаметарот на јадрото на раната. Треба да се напомене дека основните елементи на дизајнот на литиум-јонските батерии се дизајнот на капацитетот и дизајнот на големината. Покрај тоа, преку теоретски пресметки, ние исто така можеме да го дизајнираме увото на столбот на која било положба на јадрото на серпентина, не ограничувајќи се на главата, опашката или центарот, а исто така да ги покриеме методите на дизајнирање на повеќеполното уво и целополното уво за цилиндрични батерии .

За да ги истражиме прашањата за должината на електродата и дијаметарот на јадрото, прво треба да проучиме три процеси: бесконечно претходно намотување на изолациониот филм, бесконечно претходно намотување на негативната електрода и бесконечно намотување на позитивната електрода. Претпоставувајќи дека дијаметарот на иглата на серпентина е p, дебелината на изолациониот филм е s, дебелината на негативната електрода е a, а дебелината на позитивната електрода е c, сето тоа во милиметри.

• Бесконечен процес пред намотување на изолационата мембрана

За време на процесот на преднамотување на дијафрагмата, два слоја дијафрагма се намотани истовремено, така што дијаметарот на надворешната дијафрагма за време на процесот на намотување е секогаш еден слој повеќе од дебелината на дијафрагмата (+1s) од внатрешната дијафрагма. Почетниот дијаметар на намотката на внатрешната дијафрагма е крајниот дијаметар на претходната намотка, а за секое претходно намотување на дијафрагмата, дијаметарот на јадрото се зголемува за четири слоја на дебелина на дијафрагмата (+4s).

Додаток 1: Закон за варијација на дијаметарот на бесконечен процес пред намотување на изолационата мембрана

• Бесконечен процес пред намотување на негативна електрода

За време на процесот пред намотување на негативната електрода, поради додавање на слој од негативна електрода, дијаметарот на надворешната дијафрагма за време на процесот на намотување е секогаш еден слој повеќе од дебелината на внатрешната дијафрагма и еден слој негативна електрода ( +1s+1a), а почетниот дијаметар на намотката на внатрешната дијафрагма е секогаш еднаков на крајниот дијаметар на претходниот круг. Во тоа време, за секое претходно намотување на негативната електрода, дијаметарот на јадрото се зголемува за четири слоја дијафрагма и два слоја со дебелина на негативната електрода (+4s+2a).

Додаток 2: Закон за варијација на дијаметарот на бесконечниот процес пред намотување на плочата на негативната електрода

Бесконечен процес на намотување на позитивната електродна плоча

За време на процесот на намотување на позитивната електрода, поради додавање на нов слој на позитивна електрода, почетниот дијаметар на позитивната електрода е секогаш еднаков на крајниот дијаметар на претходниот круг, додека почетниот дијаметар на намотката на внатрешната дијафрагма станува крајниот дијаметар на претходниот круг плус дебелината на еден слој позитивна електрода (+1c). Меѓутоа, за време на процесот на намотување на надворешната дијафрагма, дијаметарот е секогаш само еден слој повеќе од дебелината на внатрешната дијафрагма и еден слој негативна електрода (+1s+1a). Во тоа време, негативната електрода е претходно намотана за секој круг. Дијаметарот на јадрото на серпентина се зголемува за 4 слоја дијафрагма, 2 слоја негативна електрода и 2 слоја со дебелина на позитивна електрода (+4s+2s+2a).

Додаток 3: Закон за варијација на дијаметарот на позитивната електрода при бесконечно намотување

Погоре, преку анализата на бесконечниот процес на намотување на дијафрагмата и плочата на електродата, ја добивме шемата на варијација на дијаметарот на јадрото и должината на плочата на електродата. Овој метод на аналитичка пресметка слој по слој е погодна за прецизно уредување на положбата на ушите на електродата (вклучувајќи уши со еден пол, уши со повеќе полови и уши со полни полови), но процесот на намотување сè уште не е завршен. Во овој момент, плочата на позитивната електрода, плочата на негативната електрода и изолациониот филм се во рамна состојба. Основниот принцип на дизајнот на батеријата е да се бара изолациониот филм целосно да ја покрие плочата на негативната електрода, а негативната електрода треба целосно да ја покрие и позитивната електрода.

Слика 3: Шематски дијаграм на цилиндрична структура на калем на батеријата и процес на затворање

Затоа, неопходно е дополнително да се истражи прашањето за намотување на негативната електрода на јадрото и изолациониот филм. Очигледно, бидејќи позитивната електрода е веќе намотана, а пред ова, почетниот дијаметар на позитивната електрода е секогаш еднаков на крајниот дијаметар на претходниот круг, почетниот дијаметар на дијафрагмата на внатрешниот слој го заменува крајниот дијаметар на претходниот круг. . Врз основа на тоа, почетниот дијаметар на негативната електрода ја зголемува дебелината на еден слој на дијафрагмата (+1s), го зголемува почетниот дијаметар на надворешната дијафрагма за уште еден слој на дебелина на негативната електрода (+1s+1a).

Додаток 4: Варијации во дијаметарот и должината на електродата и дијафрагмата за време на процесот на намотување на цилиндричните батерии

Досега го добивме математичкиот израз на должината на позитивната плоча, негативната плоча и изолациониот филм при кој било број циклуси на намотување. Да претпоставиме дека дијафрагмата е пред рана m+1 циклуси, негативната плоча е пред рана n+1 циклуси, позитивната плоча е намотана x+1 циклуси, а централниот агол на негативната плоча е θ °, централниот агол на изолација намотувањето на филмот е β °, тогаш постои следнава врска:

Одредувањето на бројот на слоевите на електродата и дијафрагмата не само што ја одредува должината на електродата и дијафрагмата, што пак влијае на дизајнот на капацитетот, туку го одредува и конечниот дијаметар на јадрото на серпентина, со што значително се намалува ризикот од склопување на јадрото на серпентина. Иако го добивме дијаметарот на јадрото по намотување, не ја земавме предвид дебелината на увото на столбот и завршната леплива хартија. Под претпоставка дека дебелината на позитивното уво е tabc, дебелината на негативното уво е таба, а завршното лепило е 1 круг и преклопувачката област ја избегнува положбата на увото на столбот, со дебелина од g. Според тоа, конечниот дијаметар на јадрото е:

Горенаведената формула е општ однос на решението за дизајнирање на цилиндрични батериски електроди плочи. Го одредува проблемот со должината на плочата на електродата, должината на дијафрагмата и дијаметарот на јадрото на серпентина и квантитативно ја опишува врската помеѓу нив, што значително ја подобрува прецизноста на дизајнот и има голема практична применлива вредност.

Конечно, она што треба да го решиме е проблемот со уредувањето на ушите со столбови. Вообичаено, има едно или две полни уши или дури три пол уши на еден столб, што е мал број на уши со столбови. Оводот на јазичето е заварен на површината на полното парче. Иако до одреден степен може да влијае на прецизноста на дизајнот на должината на парчето пол (без да влијае на дијаметарот), доводот на јазичето е обично тесен и има мало влијание, затоа, општата формула за решение за дизајнот на големината на цилиндричните батерии предложена во овој напис го игнорира ова прашање.

Слика 4: Распоред на позитивни и негативни позиции на увото

Горенаведениот дијаграм е шематски дијаграм на поставување на навртки на столбови. Врз основа на претходно предложениот општ однос на големината на половите парчиња, можеме јасно да ги разбереме промените на должината и дијаметарот на секој слој на парчиња пол за време на процесот на намотување. Затоа, при уредување на столбови, позитивните и негативните навртки може точно да се подредат на целната позиција на парчето на столб во случај на колци со еден столб, додека за случајот на повеќекратни или полни навртки, обично се бара порамнување повеќеслојни навртки за столбови, Врз основа на тоа, треба само да отстапиме од фиксниот агол на секој слој на чепката, за да ја добиеме положбата на распоредот на секој слој на завртката. Како што дијаметарот на јадрото за намотување постепено се зголемува за време на процесот на намотување, целокупното растојание на распоредот на чепот приближно се менува со аритметичката прогресија со π (4s+2a+2c) како толеранција.

Со цел дополнително да се истражи влијанието на флуктуациите во дебелината на електродните плочи и дијафрагмите врз дијаметарот и должината на јадрото на серпентина, земајќи ја како пример 4680 големата цилиндрична полна електрода ушна ќелија, претпоставувајќи дека дијаметарот на иглата на серпентина е 1mm, дебелината на лентата за затворање е 16um, дебелината на изолациониот филм е 10um, дебелината на ладно цедење на плочата на позитивната електрода е 171um, дебелината за време на намотување е 174um, дебелината на ладно цедење на плочата на негативната електрода е 249um, дебелината за време на намотување е 255um, а и дијафрагмата и плочата на негативната електрода се валани однапред за 2 вртења. Пресметката покажува дека плочата на позитивната електрода се намотува за 47 свиоци, со должина од 3371,6 mm, Негативната електрода се намотува 49,5 пати, со должина од 3449,7 mm и дијаметар од 44,69 mm по намотување.

Слика 5: Влијанието на флуктуацијата на дебелината на столбот и дијафрагмата врз дијаметарот на јадрото и должината на столбот

Од горната слика, интуитивно може да се види дека флуктуацијата на дебелината на полното парче и дијафрагмата има одредено влијание врз дијаметарот и должината на јадрото на серпентина. Кога дебелината на полното парче отстапува за 1um, дијаметарот и должината на јадрото на серпентина се зголемуваат за околу 0,2%, додека кога дебелината на дијафрагмата отстапува за 1um, дијаметарот и должината на јадрото на серпентина се зголемуваат за околу 0,5%. Затоа, за да се контролира конзистентноста на дијаметарот на јадрото на серпентина, флуктуацијата на полното парче и дијафрагмата треба да се минимизираат колку што е можно повеќе, а исто така е неопходно да се собере односот помеѓу враќањето на плочата на електродата и времето помеѓу ладно цедење и намотување, со цел да се помогне во процесот на дизајнирање на ќелијата.



Резиме

1. Дизајнот на капацитетот и дизајнот на дијаметарот се логиката на дизајнот на најниско ниво за цилиндричните литиумски батерии. Клучот за дизајнот на капацитетот лежи во должината на електродата, додека клучот за дизајнот на дијаметарот лежи во анализата на бројот на слоеви.
2. Распоредот на позициите на увото на столбот е исто така клучен. За структурите на увото со повеќе полови или увото со полно пол, порамнувањето на увото на половите може да се користи како критериум за проценка на дизајнерската способност и способноста за контрола на процесот на ќелијата на батеријата. Методот на анализа на слој по слој може подобро да ги задоволи барањата за уредување и усогласување на положбата на полното уво.