Forschung zur Leistung von Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung?

Lithium-Ionen-Batterien sind ein neuer Typ wiederaufladbarer Batterien, der im letzten Jahrzehnt entwickelt wurde. Sie haben eine hohe spezifische Energie, keinen Memory-Effekt, sind grün und umweltfreundlich und haben eine Entladespannung, die dreimal so hoch ist wie die von Nickel-Cadmium- und Nickel-Wasserstoff-Batterien. Daher haben sie seit ihrer Einführung große Beachtung gefunden und sich schnell weiterentwickelt.

Derzeit haben nur wenige Länder die Industrialisierung erreicht, wobei Japan bei der Industrialisierung am besten abgeschnitten hat. China ist das erste Entwicklungsland bei der Industrialisierung von Lithium-Ionen-Batterien. Nach Jahren der Entwicklung, insbesondere im Rahmen der aktiven Förderung relevanter nationaler Richtlinien, haben Lithium-Ionen-Batterien in China schnelle Fortschritte erzielt und verschiedene Produktleistungen haben erhebliche Fortschritte gemacht. Die Produktionskette für Lithium-Ionen-Batterien wird immer perfekter und der Grad der Industrialisierung nimmt zu, was zu einer Wettbewerbssituation mit entwickelten Ländern in der Welt führt. Mit reichlich vorhandenen natürlichen Ressourcen und niedrigeren Arbeitskosten verfügt die chinesische Lithium-Ionen-Batterieindustrie über offensichtliche Vorteile im internationalen Wettbewerb.

 

Lithium-Ionen-Batterien sind zweifellos eine neue Generation von Batterien mit hohem technologischen Inhalt und breiten Anwendungsmöglichkeiten. Sie haben ein hohes Verhältnis von Volumen zu Energie und Masse zu Energie, sind wiederaufladbar und schadstofffrei und bieten drei große Vorteile in der aktuellen Entwicklung der Batterieindustrie. Sie gelten als die „vielversprechendste chemische Energiequelle“. Derzeit gibt es zwei gängige Arten von Lithium-Ionen-Batterietechnologien: flüssige Lithium-Ionen-Batterien mit Metallgehäuse und Polymer-Lithium-Ionen-Batterien. Die Hülle flüssiger Lithium-Ionen-Batterien besteht im Allgemeinen aus Stahl- oder Aluminiumhüllen und ihre Plastizität ist nicht so gut wie bei Polymer-Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings ist der Herstellungsprozess von Polymer-Lithium-Ionen-Batterien komplex, insbesondere die geringe Ausbeute, was die Industrialisierung dieser Batterie stark einschränkt. Der Autor bewirbt zunächst weich verpackte Lithium-Ionen-Batterien, die sich durch umfassende flüssige Lithium-Ionen-Batterien auszeichnen. Die grundlegende elektrochemische Leistung und die einzigartigen Vorteile von Polymer-Lithium-Ionen-Batterien in Bezug auf die äußere Verpackung sowie die Verwendung flüssiger Elektrolyte ähnlich wie bei flüssigen Lithium-Ionen-Batterien als Medium für die Lithiumionenübertragung zwischen positiven und negativen Elektroden und die Verwendung von mehrschichtigen Kunststoffverbundfolien in Außenverpackungen. Die herausragenden Vorteile flexibler Verpackungs-Lithium-Ionen-Batterien sind ihr einfacher Produktionsprozess, niedrige Kosten und hohe Ausbeute. Ziel ist es, den Markt für Polymer-Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen und mit Lithium-Ionen-Batterien mit Edelstahlgehäuse zu konkurrieren.

Bei gleicher Batteriegröße ist die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung etwa 10 % höher als die von Lithium-Ionen-Batterien mit Edelstahlgehäuse. Dies liegt an den unterschiedlichen inneren Strukturen der beiden Batterietypen. Die Gründe dafür sind folgende: Die äußerste Schicht der Zellen nach der Innenwicklung in Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung ist die positive Elektrodenplatte, während die äußerste Schicht der Zellen nach der Innenwicklung in Batterien mit Edelstahlhülle die negative Elektrodenplatte ist. Strukturell weisen Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung einen stärkeren Verband mit positivem Elektrodenmaterial auf, und die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien wird durch die positive Elektrode bestimmt, sodass die Kapazität von Batterien mit flexibler Verpackung relativ höher ist als die von Batterien aus rostfreiem Stahl. Die inneren Zellen der Batterie nehmen unterschiedliche Strukturen an, die mit dem in der Hülle verwendeten Material zusammenhängen. Die Hülle von Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung besteht aus einem Mittelmaterial. Die Aluminium-Kunststoff-Verpackungsfolie mit einer Al-Folien-Isolierschicht kann bei extrem niedrigem Potential (ca. 0,05 mVVS. Li bei voller Ladung) zur Auflösung der weichen Al-Folien-Isolierschicht führen, wenn sie mit einer innen gewickelten Batteriezelle in Kontakt kommt die äußerste negative Elektrodenplatte, was zu einem Batterieausfall führt. Wenn eine Batterie mit Edelstahlgehäuse eine innen gewickelte Batteriezelle mit der äußersten positiven Elektrodenplatte verwendet, besteht ein Schweißproblem zwischen dem Ohr an der positiven Elektrodenplatte (normalerweise aus Al-Streifen) und dem Edelstahlgehäuse, also einer innen gewickelten Batterie Normalerweise wird eine Zelle mit der äußersten negativen Elektrodenplatte verwendet. Strukturell gesehen haben Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung einen Kapazitätsvorteil gegenüber Lithium-Ionen-Batterien mit Edelstahlgehäuse.

Die Entladekapazität flexibler Verpackungs-Lithium-Ionen-Batterien bei hoher Temperatur von 45 cm³ und niedriger Temperatur von -10 Grad erreicht 102,8 % und 87,8 % der Kapazität bei Raumtemperatur von 25 Grad, was auf eine gute Leistung bei hohen und niedrigen Temperaturen hinweist. Allerdings erreicht die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Batterien mit Edelstahlgehäuse bei hohen Temperaturen von 45 Grad und niedrigen Temperaturen von -10 Grad 103,2 % und 93,4 % der Kapazität bei Raumtemperatur von 25 Grad. Wie in der Abbildung gezeigt, liegt die Entladekapazitätserhaltungsrate von Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung bei niedrigen Temperaturen nahe an der von Lithium-Ionen-Batterien mit Edelstahlgehäuse bei niedrigen Temperaturen.

Die Lithium-Ionen-Batterie, die durch Ersetzen der herkömmlichen Metallhülle durch eine Verpackungshülle aus Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie hergestellt wird, weist eine gute Zyklenstabilität auf. Die Struktur, das Material und die Leistung der Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie und des Polohr-Dichtungsmittels können die internen und externen Reaktionen der Batterie vollständig isolieren. Durch die Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie kann eine gute Dichtfunktion ähnlich einer Metallhülle erreicht werden.
Die Tests anderer Leistungsindikatoren wie Speicherleistung, Selbstentladungsleistung und verschiedene Sicherheitsleistungen von Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung wurden abgeschlossen und die Produkte erfüllen im Wesentlichen die Anforderungen der nationalen Norm „Allgemeine Spezifikation für Lithium-Ionen-Batterien für“. Tests für Mobiltelefone GB/T18287-2000. Lithium-Ionen-Produkte mit flexibler Verpackung werden derzeit auf dem Markt getestet und werden hauptsächlich in MP3, drahtlosen Kopfhörern, Auto-DVDs und anderen Anwendungen eingesetzt.

Untersuchungen zur elektrochemischen Leistung von Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung, wie z. B. Entladegeschwindigkeitskapazität, Entladekapazität bei hohen und niedrigen Temperaturen und Batteriezyklusstabilität, haben gezeigt, dass Lithium-Ionen-Batterien mit flexibler Verpackung einen sehr hohen Anwendungswert haben. Es unterscheidet sich von allgemeinen Lithium-Ionen-Batterien mit Metallgehäuse und Polymer-Lithium-Ionen-Batterien. Es handelt sich um eine neue Art von Lithium-Ionen-Batterie, die Vorteile wie ein hohes Gewichts-Energie-Verhältnis, eine gute Formplastizität und einen einfachen Produktionsprozess bietet und voraussichtlich in großem Maßstab hergestellt wird.