Výzkum výkonu flexibilních obalových lithium-iontových baterií?

Lithium-iontové baterie jsou novým typem dobíjecích baterií, které se vyvinuly v posledním desetiletí. Mají vysokou specifickou energii, nemají paměťový efekt, jsou ekologické a šetrné k životnímu prostředí a mají vybíjecí napětí třikrát vyšší než nikl-kadmiové a nikl-vodíkové baterie. Proto se jim od svého vzniku dostalo široké pozornosti a rychle se rozvíjely.

V současnosti dosáhlo industrializace jen několik zemí, mezi nimiž nejlépe v industrializaci dosáhlo Japonsko. Čína je první rozvojovou zemí ve vývoji industrializace lithium-iontových baterií. Po letech vývoje, zejména za aktivní podpory příslušných národních politik, lithium-iontové baterie v Číně dosáhly rychlého pokroku a různé výkony produktů dosáhly významného pokroku. Výrobní řetězec lithium-iontových baterií je stále dokonalejší a stupeň industrializace se zvyšuje a vytváří konkurenční situaci s rozvinutými zeměmi světa. S bohatými přírodními zdroji a nižšími náklady na pracovní sílu má čínský průmysl lithium-iontových baterií v mezinárodní konkurenci zjevné výhody.

 

Lithium-iontové baterie jsou bezesporu novou generací baterií s vysokým technologickým obsahem a širokým uplatněním. Mají vysoký poměr objemu k energii a poměru hmotnosti k energii, jsou dobíjecí a bez znečištění a mají tři hlavní výhody v současném vývoji průmyslu baterií. Jsou známé jako „nejslibnější chemický zdroj energie“. V současné době existují dva běžné typy technologií lithium-iontových baterií: tekuté lithium-iontové baterie s kovovým pláštěm a polymerní lithium-iontové baterie. Plášť tekutých lithium-iontových baterií je obvykle ocelový nebo hliníkový plášť a jeho plasticita není tak dobrá jako u polymerových lithium-iontových baterií. Výrobní proces polymerních lithium-iontových baterií je však složitý, zejména nízká výtěžnost, která značně omezuje industrializaci této baterie. Autor nejprve propaguje měkce balené lithium-iontové baterie, které se vyznačují komplexními tekutými lithium-iontovými bateriemi. Základní elektrochemický výkon a jedinečné výhody polymerních lithium-iontových baterií, pokud jde o vnější obal, stejně jako použití tekutých elektrolytů podobných tekutým lithium-iontovým bateriím jako média pro přenos lithium-iontů mezi kladnými a zápornými elektrodami a použití vícevrstvých plastových kompozitních fólií v externích obalech. Výjimečné výhody flexibilních obalových lithium-iontových baterií jsou jejich jednoduchý výrobní proces, nízká cena a vysoká výtěžnost. Jeho cílem je nahradit trh polymerových lithium-iontových baterií a konkurovat lithium-iontovým bateriím z nerezové oceli.

Při stejné velikosti baterie je vybíjecí kapacita flexibilních obalových lithium-iontových baterií asi o 10 % vyšší než u lithium-iontových baterií s pláštěm z nerezové oceli. To je způsobeno rozdílnou vnitřní strukturou obou typů baterií. Důvody jsou následující: vnější vrstva článků po vnitřním navinutí u flexibilních obalových lithium-iontových baterií je deska kladné elektrody, zatímco vnější vrstva článků po vnitřním navinutí u baterií s pouzdrem z nerezové oceli je deska záporné elektrody. Strukturálně mají flexibilní obalové lithium-iontové baterie pozitivnější materiál elektrod a vybíjecí kapacita lithium-iontových baterií je určena kladnou elektrodou, takže kapacita flexibilních obalových baterií je relativně vyšší než kapacita baterií z nerezové oceli. Vnitřní články baterie mají různé struktury, které souvisí s materiálem použitým ve skořápce. Plášť flexibilních obalových lithium-iontových baterií používá střední materiál. Hliníkovo-plastová balicí fólie s izolační vrstvou Al fólie může způsobit rozpuštění izolační vrstvy měkké obalové fólie při extrémně nízkém potenciálu (asi 0,05 mVVS. Li při plném nabití), pokud se dostane do kontaktu s vnitřně vinutým článkem baterie s krajní zápornou elektrodovou desku, což má za následek selhání baterie. Pokud plášťová baterie z nerezové oceli používá vnitřně vinutý bateriový článek s vnější kladnou elektrodovou deskou, došlo k problému se svařováním mezi uchem na kladné elektrodové desce (obvykle vyrobené z Al pásku) a nerezovou skořepinou, takže vnitřně vinutá baterie obvykle se používá článek s vnější zápornou elektrodovou deskou. Strukturálně mají flexibilní obalové lithium-iontové baterie konkurenční výhodu v kapacitě ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi z nerezové oceli.

Vybíjecí kapacita flexibilních obalových lithium-iontových baterií při vysoké teplotě 45 ccm a nízké teplotě -10 stupně dosahuje 102,8 % a 87,8 % kapacity při pokojové teplotě 25 stupňů, což ukazuje na dobrý výkon při vysokých a nízkých teplotách. Vybíjecí kapacita lithium-iontových baterií z nerezové oceli při vysoké teplotě 45 stupňů a nízké teplotě -10 stupně však dosahuje 103,2 % a 93,4 % kapacity při pokojové teplotě 25 stupňů. Jak je znázorněno na obrázku, míra zachování vybíjecí kapacity u flexibilních obalových lithium-iontových baterií při nízké teplotě je blízká tomu u lithium-iontových baterií z nerezové oceli při nízké teplotě.

Lithium-iontová baterie vyrobená nahrazením konvenčního kovového obalu obalovým obalem z hliníkové a plastové kompozitní fólie má dobrou stabilitu při cyklování. Struktura, materiál a výkon hliníkovo-plastového kompozitního filmu a těsnicího prostředku na uchu tyče mohou zcela izolovat vnitřní a vnější reakce baterie. Hliník-plastový kompozitní film může dosáhnout dobré těsnicí funkce podobné funkci kovového pláště.
Bylo dokončeno testování dalších výkonnostních ukazatelů, jako je skladovací výkon, samovybíjení a různé bezpečnostní vlastnosti flexibilních obalových lithium-iontových baterií a produkty v zásadě splňují požadavky národní normy „Všeobecná specifikace pro lithium-iontové baterie pro Testování mobilních telefonů GB/T18287-2000. Flexibilní obalové lithium-iontové produkty v současné době procházejí tržním testováním, používají se hlavně v MP3, bezdrátových sluchátkách, DVD do auta a dalších aplikacích.

Výzkum elektrochemického výkonu flexibilních obalových lithium-iontových baterií, jako je rychlost vybíjení, kapacita vybíjení při vysokých a nízkých teplotách a stabilita cyklu baterie, ukázal, že flexibilní obalové lithium-iontové baterie mají velmi vysokou aplikační hodnotu. Liší se od obecných lithium-iontových baterií s kovovým pláštěm a polymerních lithium-iontových baterií. Jedná se o nový typ lithium-iontové baterie, která má výhody, jako je vysoký poměr hmotnosti k energii, dobrá tvarová plasticita a jednoduchý výrobní proces a očekává se, že se bude vyrábět ve velkém měřítku.