Hubungan Penyelesaian Umum untuk Reka Bentuk Dimensi Plat Kutub Bateri Silinder

Hubungan Penyelesaian Umum untuk Reka Bentuk Dimensi Plat Kutub Bateri Silinder

Bateri litium boleh dikelaskan kepada bateri segi empat sama, pek lembut dan silinder berdasarkan kaedah dan bentuk pembungkusannya. Antaranya, bateri silinder mempunyai kelebihan teras seperti konsistensi yang baik, kecekapan pengeluaran yang tinggi, dan kos pembuatan yang rendah. Mereka mempunyai sejarah pembangunan lebih 30 tahun sejak penubuhannya pada tahun 1991. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan keluaran semua teknologi telinga kutub Tesla, aplikasi bateri silinder besar dalam bidang bateri kuasa dan penyimpanan tenaga telah dipercepatkan, menjadi penyelidikan hotspot untuk syarikat bateri litium utama.

Rajah 1: Perbandingan Prestasi pada Tahap Tunggal dan Sistem Bateri Litium dengan Bentuk Berbeza

Cangkang bateri silinder boleh menjadi cangkang keluli, cangkang aluminium atau bungkusan lembut. Ciri umumnya ialah proses pembuatan menggunakan teknologi penggulungan, yang menggunakan jarum penggulungan sebagai teras dan memacu jarum penggulungan untuk berputar ke lapisan dan membalut filem pengasingan dan plat elektrod bersama-sama, akhirnya membentuk teras penggulungan silinder yang agak seragam. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut, proses penggulungan biasa adalah seperti berikut: pertama, jarum penggulungan mengapit diafragma untuk pra penggulungan diafragma, kemudian elektrod negatif dimasukkan di antara dua lapisan filem pengasingan untuk pra penggulungan elektrod negatif, dan kemudian elektrod positif dimasukkan untuk penggulungan berkelajuan tinggi. Selepas penggulungan selesai, mekanisme pemotongan memotong elektrod dan diafragma, dan akhirnya, lapisan pita pelekat digunakan pada hujung untuk menetapkan bentuk.

Rajah 2: Gambarajah skematik proses penggulungan

Kawalan diameter teras selepas penggulungan adalah penting. Jika diameter terlalu besar, ia tidak boleh dipasang, dan jika diameter terlalu kecil, terdapat pembaziran ruang. Oleh itu, reka bentuk tepat diameter teras adalah penting. Nasib baik, bateri silinder adalah geometri yang agak teratur, dan lilitan setiap lapisan elektrod dan diafragma boleh dikira dengan menghampiri bulatan. Akhir sekali, jumlah panjang elektrod boleh dikumpul untuk mendapatkan reka bentuk kapasiti. Nilai terkumpul diameter jarum, nombor lapisan elektrod, dan nombor lapisan diafragma adalah diameter teras luka. Perlu diingatkan bahawa elemen teras reka bentuk bateri lithium-ion ialah reka bentuk kapasiti dan reka bentuk saiz. Di samping itu, melalui pengiraan teori, kami juga boleh mereka bentuk telinga kutub pada sebarang kedudukan teras gegelung, tidak terhad kepada kepala, ekor, atau tengah, dan juga meliputi kaedah reka bentuk telinga berbilang kutub dan semua telinga kutub untuk bateri silinder .

Untuk meneroka isu panjang elektrod dan diameter teras, pertama sekali kita perlu mengkaji tiga proses: pra penggulungan filem pengasingan tak terhingga, pra penggulungan tak terhingga elektrod negatif, dan penggulungan tak terhingga elektrod positif. Dengan mengandaikan diameter jarum gegelung ialah p, ketebalan filem pengasingan ialah s, ketebalan elektrod negatif ialah a, dan ketebalan elektrod positif ialah c, semuanya dalam milimeter.

• Proses pra penggulungan tak terhingga membran pengasingan

Semasa proses pra penggulungan diafragma, dua lapisan diafragma dililit secara serentak, jadi diameter diafragma luar semasa proses penggulungan sentiasa satu lagi lapisan ketebalan diafragma (+1s) daripada diafragma dalam. Diameter awal belitan diafragma dalam ialah diameter hujung belitan sebelumnya, dan untuk setiap pra belitan diafragma, diameter teras meningkat sebanyak empat lapisan ketebalan diafragma (+4s).

Lampiran 1: Undang-undang variasi diameter proses pra penggulungan tak terhingga membran pengasingan

• Proses pra penggulungan tak terhingga elektrod negatif

Semasa proses pra penggulungan elektrod negatif, disebabkan oleh penambahan lapisan elektrod negatif, diameter diafragma luar semasa proses penggulungan sentiasa satu lapisan lebih daripada ketebalan diafragma dalam dan satu lapisan elektrod negatif ( +1s+1a), dan diameter awal belitan diafragma dalam sentiasa sama dengan diameter hujung bulatan sebelumnya. Pada masa ini, bagi setiap pra belitan elektrod negatif, diameter teras meningkat sebanyak empat lapisan diafragma dan dua lapisan ketebalan elektrod negatif (+4s+2a).

Lampiran 2: Undang-undang variasi diameter proses pra penggulungan tak terhingga plat elektrod negatif

Proses penggulungan tak terhingga plat elektrod positif

Semasa proses penggulungan elektrod positif, disebabkan penambahan lapisan baru elektrod positif, diameter awal elektrod positif sentiasa sama dengan diameter akhir bulatan sebelumnya, manakala diameter awal penggulungan diafragma dalam menjadi diameter hujung bulatan sebelumnya ditambah dengan ketebalan satu lapisan elektrod positif (+1c). Walau bagaimanapun, semasa proses penggulungan diafragma luar, diameter sentiasa hanya satu lapisan lebih daripada ketebalan diafragma dalam dan satu lapisan elektrod negatif (+1s+1a). Pada masa ini, elektrod negatif adalah pra luka untuk setiap bulatan, Diameter teras gegelung meningkat sebanyak 4 lapisan diafragma, 2 lapisan elektrod negatif, dan 2 lapisan ketebalan elektrod positif (+4s+2s+2a).

Lampiran 3: Undang-undang variasi diameter elektrod positif semasa proses penggulungan tak terhingga

Di atas, melalui analisis proses penggulungan tak terhingga diafragma dan plat elektrod, kami telah memperoleh corak variasi diameter teras dan panjang plat elektrod. Kaedah pengiraan analisis lapisan demi lapisan ini kondusif untuk mengatur kedudukan telinga elektrod dengan tepat (termasuk telinga kutub tunggal, telinga berbilang kutub dan telinga kutub penuh), tetapi proses penggulungan masih belum berakhir. Pada ketika ini, plat elektrod positif, plat elektrod negatif, dan filem pengasingan berada dalam keadaan siram. Prinsip asas reka bentuk bateri adalah memerlukan filem pengasingan untuk menutup sepenuhnya plat elektrod negatif Dan elektrod negatif juga harus menutup sepenuhnya elektrod positif.

Rajah 3: Gambar rajah skema struktur gegelung bateri silinder dan proses penutupan

Oleh itu, adalah perlu untuk meneroka lebih lanjut isu penggulungan elektrod negatif teras dan filem pengasingan. Jelas sekali, kerana elektrod positif telah pun digulung, dan sebelum ini, diameter awal elektrod positif sentiasa sama dengan diameter akhir bulatan sebelumnya, diameter awal diafragma lapisan dalam menggantikan diameter akhir bulatan sebelumnya. . Atas dasar ini, diameter awal elektrod negatif meningkatkan ketebalan satu lapisan diafragma (+1s), Meningkatkan diameter awal diafragma luar dengan satu lagi lapisan ketebalan elektrod negatif (+1s+1a).

Lampiran 4: Variasi diameter dan panjang elektrod dan diafragma semasa proses penggulungan bateri silinder

Setakat ini, kami telah memperoleh ungkapan matematik panjang plat positif, plat negatif dan filem pengasingan di bawah sebarang bilangan kitaran penggulungan. Katakan diafragma adalah kitaran pra-luka m+1, plat negatif ialah kitaran pra-luka n+1, plat positif adalah kitaran lilitan x+1, dan sudut pusat plat negatif ialah θ °, sudut pusat pengasingan. penggulungan filem ialah β °, maka terdapat hubungan berikut:

Penentuan bilangan lapisan elektrod dan diafragma bukan sahaja menentukan panjang elektrod dan diafragma, yang seterusnya mempengaruhi reka bentuk kapasiti, tetapi juga menentukan diameter akhir teras gegelung, mengurangkan risiko pemasangan teras gegelung. Walaupun kami memperoleh diameter teras selepas penggulungan, kami tidak mengambil kira ketebalan telinga tiang dan kertas pelekat penghujung. Dengan mengandaikan bahawa ketebalan telinga positif ialah tabc, ketebalan telinga negatif ialah taba, dan pelekat penghujung ialah 1 bulatan dan kawasan bertindih mengelakkan kedudukan telinga kutub, dengan ketebalan g. Oleh itu, diameter akhir teras ialah:

Formula di atas ialah hubungan penyelesaian umum untuk reka bentuk plat elektrod bateri silinder. Ia menentukan masalah panjang plat elektrod, panjang diafragma, dan diameter teras gegelung, dan secara kuantitatif menerangkan hubungan antara mereka, meningkatkan ketepatan reka bentuk dan mempunyai nilai aplikasi praktikal yang hebat.

Akhirnya, apa yang perlu kita selesaikan ialah masalah menyusun telinga tiang. Biasanya, terdapat satu atau dua telinga tiang atau tiga telinga tiang pada satu keping tiang, iaitu sebilangan kecil telinga tiang. Plumbum tab dikimpal pada permukaan kepingan tiang. Walaupun ia mungkin menjejaskan ketepatan reka bentuk panjang kepingan tiang sedikit sebanyak (tanpa menjejaskan diameter), plumbum tab biasanya sempit dan mempunyai sedikit kesan, Oleh itu, formula penyelesaian umum untuk reka bentuk saiz bateri silinder yang dicadangkan dalam artikel ini mengabaikan isu ini.

Rajah 4: Susun atur Kedudukan Telinga Positif dan Negatif

Gambar rajah di atas adalah gambar rajah skematik penempatan batang tiang. Berdasarkan perhubungan am saiz kepingan tiang yang dicadangkan sebelum ini, kita dapat memahami dengan jelas perubahan panjang dan diameter setiap lapisan kepingan tiang semasa proses penggulungan. Oleh itu, apabila menyusun lug tiang, lug positif dan negatif boleh disusun dengan tepat pada kedudukan sasaran kepingan tiang dalam kes lug tiang tunggal, manakala untuk kes lug tiang berbilang atau penuh, ia biasanya diperlukan untuk menjajarkan berbilang lapisan lug tiang, Atas dasar ini, kita hanya perlu menyimpang dari sudut tetap setiap lapisan lug, untuk mendapatkan kedudukan susunan setiap lapisan lug. Apabila diameter teras penggulungan secara beransur-ansur meningkat semasa proses penggulungan, jarak susunan keseluruhan lug dianggarkan diubah oleh janjang aritmetik dengan π (4s+2a+2c) sebagai toleransi.

Untuk menyiasat lebih lanjut pengaruh turun naik ketebalan plat elektrod dan diafragma pada diameter dan panjang teras gegelung, mengambil sel telinga elektrod penuh silinder besar 4680 sebagai contoh, dengan mengandaikan bahawa diameter jarum gegelung ialah 1mm, ketebalan pita penutup ialah 16um, ketebalan filem pengasingan ialah 10um, ketebalan penekan sejuk plat elektrod positif ialah 171um, ketebalan semasa penggulungan ialah 174um, ketebalan penekan sejuk plat elektrod negatif ialah 249um, ketebalan semasa penggulungan ialah 255um, dan kedua-dua plat diafragma dan elektrod negatif digulung terlebih dahulu untuk 2 pusingan. Pengiraan menunjukkan bahawa plat elektrod positif dililit untuk 47 pusingan, dengan panjang 3371.6mm, Elektrod negatif dililit 49.5 kali, dengan panjang 3449.7mm dan diameter 44.69mm selepas belitan.

Rajah 5: Pengaruh Turun Naik Ketebalan Tiang dan Diafragma Terhadap Diameter Teras dan Panjang Tiang

Daripada rajah di atas, secara intuitif dapat dilihat bahawa turun naik ketebalan kepingan tiang dan diafragma mempunyai kesan tertentu pada diameter dan panjang teras gegelung. Apabila ketebalan kepingan tiang menyimpang sebanyak 1um, diameter dan panjang teras gegelung meningkat sebanyak kira-kira 0.2%, manakala apabila ketebalan diafragma menyimpang sebanyak 1um, diameter dan panjang teras gegelung meningkat sebanyak kira-kira 0.5%. Oleh itu, untuk mengawal konsistensi diameter teras gegelung, turun naik bahagian tiang dan diafragma harus diminimumkan sebanyak mungkin, Dan juga perlu untuk mengumpul hubungan antara lantunan plat elektrod dan masa. antara menekan sejuk dan penggulungan, untuk membantu dalam proses reka bentuk sel.



Ringkasan

1. Reka bentuk kapasiti dan reka bentuk diameter adalah logik reka bentuk tahap terendah untuk bateri litium silinder. Kunci kepada reka bentuk kapasiti terletak pada panjang elektrod, manakala kunci kepada reka bentuk diameter terletak pada analisis bilangan lapisan.
2. Susunan kedudukan kutub telinga juga penting. Untuk struktur telinga berbilang kutub atau telinga kutub penuh, penjajaran telinga kutub boleh digunakan sebagai kriteria untuk menilai keupayaan reka bentuk dan keupayaan kawalan proses sel bateri. Kaedah analisis lapisan demi lapisan dapat memenuhi keperluan susunan dan penjajaran kedudukan telinga tiang dengan lebih baik.