Cilindrinių baterijų polių plokščių matmenų projektavimo bendrasis sprendimas

Cilindrinių baterijų polių plokščių matmenų projektavimo bendrasis sprendimas

Ličio baterijas galima suskirstyti į kvadratines, minkštas ir cilindrines baterijas pagal jų pakavimo būdus ir formas. Tarp jų, cilindrinės baterijos turi esminių pranašumų, tokių kaip gera konsistencija, didelis gamybos efektyvumas ir mažos gamybos sąnaudos. Jų kūrimo istorija yra daugiau nei 30 metų nuo jų įkūrimo 1991 m. Pastaraisiais metais, išleidus Tesla visų polių ausų technologiją, didelių cilindrinių baterijų taikymas energijos baterijų ir energijos kaupimo srityse paspartėjo ir tapo moksliniu tyrimu. didžiųjų ličio baterijų įmonių interneto prieigos taškas.

1 pav. Skirtingų formų ličio baterijų našumo palyginimas atskiru ir sistemos lygiu

Cilindrinis akumuliatoriaus korpusas gali būti plieninis, aliuminio korpusas arba minkšta pakuotė. Bendras jo bruožas yra tas, kad gamybos procese taikoma vyniojimo technologija, pagal kurią vyniojama adata naudojama kaip šerdis, o vyniojama adata sukasi, kad sluoksniuotų ir apvyniotų izoliacinę plėvelę bei elektrodo plokštę, galiausiai suformuojant santykinai vienodą cilindrinę apvijos šerdį. Kaip parodyta toliau esančiame paveikslėlyje, įprastas apvijos procesas yra toks: pirma, apvijos adata suspaudžia diafragmą, kad būtų iš anksto apvyniota, tada neigiamas elektrodas įkišamas tarp dviejų izoliacinės plėvelės sluoksnių, kad būtų galima apvynioti neigiamą elektrodą. o tada teigiamas elektrodas įkišamas didelės spartos apvijai. Užbaigus apviją, pjovimo mechanizmas nupjauna elektrodą ir diafragmą, o galiausiai ant galo uždedamas lipnios juostos sluoksnis, kad būtų užfiksuota forma.

2 pav. Apvijos proceso schema

Šerdies skersmens kontrolė po apvijos yra labai svarbi. Jei skersmuo per didelis, jo negalima surinkti, o jei skersmuo per mažas, tuščia vieta. Todėl labai svarbu tiksliai suprojektuoti šerdies skersmenį. Laimei, cilindrinės baterijos yra gana taisyklingos geometrijos, o kiekvieno elektrodo ir diafragmos sluoksnio perimetrą galima apskaičiuoti apytiksliai apskaičiuojant apskritimą. Galiausiai, norint gauti talpos projektą, galima sukaupti bendrą elektrodo ilgį. Sukauptos adatos skersmens, elektrodo sluoksnio skaičiaus ir diafragmos sluoksnio skaičiaus vertės yra žaizdos šerdies skersmuo. Reikėtų pažymėti, kad pagrindiniai ličio jonų akumuliatoriaus dizaino elementai yra talpos ir dydžio dizainas. Be to, atlikdami teorinius skaičiavimus, mes taip pat galime suprojektuoti poliaus ausį bet kurioje ritės šerdies padėtyje, neapsiribojant galvute, uodega ar centru, taip pat apžvelgti cilindrinių baterijų kelių polių ausų ir visų polių ausų projektavimo metodus. .

Norėdami ištirti elektrodo ilgio ir šerdies skersmens problemas, pirmiausia turime ištirti tris procesus: begalinę išankstinę izoliacinės plėvelės apviją, begalinę neigiamo elektrodo apviją ir begalinę teigiamo elektrodo apviją. Darant prielaidą, kad ritės adatos skersmuo yra p, izoliacinės plėvelės storis yra s, neigiamo elektrodo storis yra a, o teigiamo elektrodo storis yra c, viskas milimetrais.

• Begalinis izoliacinės membranos suvyniojimo procesas

Išankstinio diafragmos vyniojimo proceso metu vienu metu suvyniojami du membranų sluoksniai, todėl išorinės diafragmos skersmuo vyniojimo proceso metu visada yra vienu sluoksniu didesnis diafragmos storis (+1s) nei vidinės diafragmos. Pradinis vidinės diafragmos apvijos skersmuo yra ankstesnės apvijos galinis skersmuo, o kiekvienos išankstinės diafragmos apvijos šerdies skersmuo padidėja keturiais diafragmos storio sluoksniais (+4s).

1 priedas: Izoliacinės membranos begalinio išankstinio vyniojimo proceso skersmens kitimo dėsnis

• Begalinis neigiamo elektrodo apvijos procesas

Išankstinio neigiamo elektrodo apvijos metu dėl neigiamo elektrodo sluoksnio pridėjimo išorinės diafragmos skersmuo apvijos metu visada yra vienu sluoksniu didesnis nei vidinės diafragmos storis ir vienu neigiamo elektrodo sluoksniu ( +1s+1a), o pradinis vidinės diafragmos apvijos skersmuo visada lygus ankstesnio apskritimo galiniam skersmeniui. Šiuo metu kiekvienai išankstinei neigiamo elektrodo apvijai šerdies skersmuo padidėja keturiais diafragmos sluoksniais ir dviem neigiamo elektrodo storio sluoksniais (+4s+2a).

2 priedas. Neigiamojo elektrodo plokštės begalinio išankstinio apvavimo proceso skersmens kitimo dėsnis

Begalinis teigiamo elektrodo plokštės apvijos procesas

Teigiamo elektrodo apvijos metu, pridėjus naują teigiamo elektrodo sluoksnį, pradinis teigiamo elektrodo skersmuo visada yra lygus ankstesnio apskritimo galiniam skersmeniui, o pradinis vidinės diafragmos apvijos skersmuo tampa ankstesnio apskritimo galo skersmuo plius vieno teigiamo elektrodo sluoksnio storis (+1c). Tačiau išorinės diafragmos apvijos metu skersmuo visada yra tik vienu sluoksniu didesnis nei vidinės diafragmos storis ir vienas neigiamo elektrodo sluoksnis (+1s+1a). Šiuo metu neigiamas elektrodas yra iš anksto suvyniotas kiekvienam apskritimui. Ritės šerdies skersmuo padidėja 4 sluoksniais diafragmos, 2 sluoksniais neigiamo elektrodo ir 2 sluoksniais teigiamo elektrodo storio (+4s+2s+2a).

3 priedas: Teigiamo elektrodo skersmens kitimo dėsnis begalinio apvijos proceso metu

Aukščiau, analizuodami begalinį diafragmos ir elektrodo plokštės apvijos procesą, gavome šerdies skersmens ir elektrodo plokštės ilgio kitimo modelį. Šis sluoksnio po sluoksnio analitinio skaičiavimo metodas yra palankus tiksliai išdėstyti elektrodų ausų padėtį (įskaitant vieno poliaus, kelių polių ir viso poliaus ausis), tačiau apvijos procesas dar nesibaigė. Šiuo metu teigiamo elektrodo plokštė, neigiamo elektrodo plokštė ir izoliacinė plėvelė yra praplauti. Pagrindinis akumuliatoriaus konstrukcijos principas yra reikalauti, kad izoliacinė plėvelė visiškai uždengtų neigiamo elektrodo plokštę, o neigiamas elektrodas taip pat turėtų visiškai uždengti teigiamą elektrodą.

3 pav. Cilindrinės baterijos ritės struktūros ir uždarymo proceso schema

Todėl būtina toliau tirti šerdies neigiamo elektrodo ir izoliacinės plėvelės apvijos klausimą. Akivaizdu, kad kadangi teigiamas elektrodas jau buvo suvyniotas, o prieš tai pradinis teigiamo elektrodo skersmuo visada yra lygus ankstesnio apskritimo galiniam skersmeniui, pradinis vidinio sluoksnio diafragmos skersmuo pakeičia ankstesnio apskritimo galinį skersmenį. . Tuo remiantis pradinis neigiamo elektrodo skersmuo padidina vieno diafragmos sluoksnio storį (+1s), Padidinkite pradinį išorinės diafragmos skersmenį dar vienu neigiamo elektrodo storio sluoksniu (+1s+1a).

4 priedas. Elektrodo ir diafragmos skersmens ir ilgio svyravimai vyniojant cilindrines baterijas

Iki šiol mes gavome matematinę teigiamos plokštės, neigiamos plokštės ir izoliacinės plėvelės ilgio išraišką esant bet kokiam apvijos ciklų skaičiui. Tarkime, kad diafragma iš anksto suvyniota m+1 ciklų, neigiama plokštelė suvyniota n+1 ciklų, teigiama plokštelė suvyniota x+1 ciklai, o neigiamos plokštės centrinis kampas yra θ °, centrinis izoliacijos kampas plėvelės apvija yra β °, tada yra toks ryšys:

Elektrodo ir diafragmos sluoksnių skaičiaus nustatymas ne tik lemia elektrodo ir diafragmos ilgį, o tai savo ruožtu turi įtakos talpos konstrukcijai, bet ir lemia galutinį ritės šerdies skersmenį, labai sumažinant ritės šerdies surinkimo riziką. Nors šerdies skersmenį gavome po apvyniojimo, neatsižvelgėme į poliaus ausies storį ir baigiamąjį lipnų popierių. Darant prielaidą, kad teigiamos ausies storis yra tabc, neigiamos ausies storis yra taba, o pabaigos klijai yra 1 apskritimas, o persidengimo sritis vengia poliaus ausies padėties, kurios storis g. Todėl galutinis šerdies skersmuo yra:

Aukščiau pateikta formulė yra bendras cilindrinių akumuliatoriaus elektrodų plokščių projektavimo sprendimo santykis. Jis nustato elektrodo plokštės ilgio, diafragmos ilgio ir ritės šerdies skersmens problemą ir kiekybiškai apibūdina ryšį tarp jų, labai pagerindamas projektavimo tikslumą ir turinčią didelę praktinę taikymo vertę.

Galiausiai, ką turime išspręsti, yra polių ausų išdėstymo problema. Paprastai ant vieno poliaus gabalo yra viena ar dvi ausys arba net trys poliaus ausys, o tai yra nedidelis skaičius. Skirtuko laidas privirinamas prie stulpo paviršiaus. Nors tai gali tam tikru mastu paveikti poliaus ilgio konstrukcijos tikslumą (nepaveikdamas skersmens), ąselės laidas paprastai yra siauras ir turi mažai įtakos, todėl šiame straipsnyje siūloma bendra cilindrinių baterijų dydžio dizaino sprendimo formulė. ignoruoja šią problemą.

4 pav. Teigiamos ir neigiamos ausies padėties išdėstymas

Aukščiau pateikta schema yra stulpų antgalių išdėstymo schema. Remiantis anksčiau pasiūlytu bendruoju polių gabalų dydžio ryšiu, galime aiškiai suprasti kiekvieno polių sluoksnio ilgio ir skersmens pokyčius vyniojimo proceso metu. Todėl, išdėstant polių antgalius, teigiami ir neigiami antgaliai gali būti tiksliai išdėstyti tikslinėje stulpo dalyje, jei yra vieno poliaus antgalio, o kelių arba pilnų polių antgalių atveju paprastai reikia išlyginti. kelių sluoksnių polių auselės. Šiuo pagrindu mums tereikia nukrypti nuo fiksuoto kiekvieno antgalio sluoksnio kampo, kad gautume kiekvieno auselės sluoksnio išdėstymo padėtį. Kadangi apvijos šerdies skersmuo apvijos metu palaipsniui didėja, bendras auselės išdėstymo atstumas apytiksliai keičiasi aritmetine progresija, kurios tolerancija yra π (4s+2a+2c).

Norint toliau tirti elektrodų plokštelių ir diafragmų storio svyravimų įtaką ritės šerdies skersmeniui ir ilgiui, kaip pavyzdį imant 4680 didelio cilindro pilno elektrodo ausies elementą, darant prielaidą, kad ritės adatos skersmuo yra 1 mm, storis uždarymo juosta yra 16 um, izoliacinės plėvelės storis yra 10 um, teigiamo elektrodo plokštės šalto presavimo storis yra 171 um, storis apvijos metu yra 174 um, neigiamo elektrodo plokštės šalto presavimo storis yra 249 um, storis apvijos metu yra 255 um, o diafragmos ir neigiamo elektrodo plokštės yra iš anksto valcuojamos 2 apsisukimus. Skaičiavimas rodo, kad teigiamo elektrodo plokštelė suvyniota 47 apsisukimus, kurių ilgis 3371,6 mm, neigiamas elektrodas suvyniotas 49,5 karto, jo ilgis 3449,7 mm, o po apvijos skersmuo 44,69 mm.

5 pav. Ašigalio ir diafragmos storio svyravimų įtaka šerdies skersmeniui ir poliaus ilgiui

Iš aukščiau pateikto paveikslo galima intuityviai matyti, kad poliaus ir diafragmos storio svyravimai turi tam tikrą įtaką ritės šerdies skersmeniui ir ilgiui. Kai poliaus dalies storis nukrypsta 1 um, ritės šerdies skersmuo ir ilgis padidėja apie 0,2%, o kai diafragmos storis nukrypsta 1 um, ritės šerdies skersmuo ir ilgis padidėja apie 0,5%. Todėl, norint kontroliuoti ritės šerdies skersmens nuoseklumą, poliaus ir diafragmos svyravimai turėtų būti kiek įmanoma sumažinti, taip pat būtina surinkti ryšį tarp elektrodo plokštės atšokimo ir laiko. tarp šalto presavimo ir apvijos, kad padėtų elementų projektavimo procese.



Santrauka

1. Talpos dizainas ir skersmens dizainas yra žemiausio lygio cilindrinių ličio baterijų projektavimo logika. Pagrindinis talpos projektavimas yra elektrodo ilgis, o skersmens konstrukcijos raktas yra sluoksnių skaičiaus analizė.
2. Taip pat labai svarbus yra ausų poliaus padėties išdėstymas. Kelių polių arba pilnų polių ausų konstrukcijoms polių ausų išlygiavimas gali būti naudojamas kaip kriterijus vertinant akumuliatoriaus elemento projektavimo galimybes ir proceso valdymo galimybes. Sluoksnio analizės metodas gali geriau atitikti ausies padėties išdėstymo ir išlyginimo reikalavimus.