1、 锂离子电池设计原理

　　1.1安全在产品设计中，必须尽可能消除任何危及最终客户人身和财产安全的隐患。

　　1.2第一个标准是满足客户的需求。项目负责人必须经常与客户沟通，以了解产品的使用经验。

　　1.3降低成本是在不影响客户使用效果的情况下对公司和客户负责的体现。

　　1.4监管产品必须符合产品所在国和消费国的相关法律法规。

　　2、 电化学设计

　　2.1正极配方

　　2.2负极配方

　　2.3表面密度/克容量/压实密度设计

　　2.4负极余量的设计

　　负极容量裕度：由于负极需要从SEI膜形成的开始到SEI修复和其他反应的循环不断消耗锂离子，因此负极需要设置一定的损耗裕度。

　　2.5电池容量设计电池设计容量裕度：由于操作、设备等原因，同一批次的电池容量将为正态分布。为了确保整个容量分布基本上高于标称容量，需要设置设计裕度。

　　2.6电解液类型选择：根据客户的不同使用环境和习惯对电池进行分类。这些电池分类中使用的电解液的主要特性也不同：(1)高温型：85℃12h贮存试验符合行业要求，用于有高温要求的GPS产品;(2) 普通型：70°12h贮存试验满足工业要求，放电平台较高，用于中端产品;(3) 低成本型：满足0.5c循环300个循环保持80%容量的要求，用于移动电源等低成本产品;(4) 高压电解液：满足使用4.35v-4.40v，高放电平台比要求，高压电池产品;(5) 低温型：-40℃0.2C放电容量比大于50%，用于低温环境下的产品;(6) 高速率型：可满足20c以上放电要求，用于无人机、启动电源等产品。

　　2.7电解液式(1)锂盐：LiPF6在当前锂离子电池行业中主要用作锂盐，其浓度一般为0.8-1.2mol/l;(2) 溶剂：一般为二元或三元，组成为EC/DEC/PC/EMC/DMC等，含量为90%～95%;(3) 添加剂：成膜添加剂、抗过充电添加剂、低温添加剂、导电添加剂，含量5%～10%;(4) 参数要求：密度：1.1～1.2g/cm3;电导率：普通型为6.0～9.0ms/cm，放大型为10.0～14.0m s/cm;含水量：≤ 20ppm;HF含量：≤ 20ppm

　　2.8隔膜材料：单层或多层PE和PP厚度规格：12um~30um

　　2.9外包装-铝塑膜铝塑膜主要厚度：88um/113um/122um/153um。铝塑膜的主要结构是三层尼龙/Al/CPP和两层粘合剂;其中，尼龙：约20um，铝层：约40um，剩余厚度为CPP厚度。

　　3、 结构设计

　　3.1模型确定电池模型主要受电池放置在使用设备中的空间限制，需要考虑电池使用期间的膨胀问题。本部分以p455268/2500ah为例，说明电池的结构设计：型号：P45526八标称容量：2500mah尺寸：厚度最大4.5mm，宽度最大52.0mm，长度最大68.0mm

　　3.2铝塑膜包装外壳的冲坑长度(外坑)=电池长度-顶部密封边缘宽度-偏差系数C偏差系数C：长度方向上各种误差引起的系数，需要减小，以确保电池不过长;单坑电池：C=1.0mm;双坑电池：C=1.5mm;平坑宽度(内坑)=电池宽度-折边宽度C折边宽度C：电池折叠所需的宽度空间。当电池厚度为t时≤ 2.8毫米，C=2.5毫米2.8 mm<电池厚度t≤ 3.5mm，C=2.0mm;当电池厚度T>3.5mm时，C=1.5mm。这种电池是单折边的。如果工艺能力足够，当外壳深度大于5.0mm时，Cmin=1.0mm冲压深度(单坑)=芯厚度-0.2mm冲压深度(双坑)=核心厚度mm(两个坑之和)，建议使用双坑。两个凹坑(正凹坑和反凹坑)之间的深度差约为1.0mm。铝塑膜厚度的选择：88um铝塑膜：冲孔深度≤ 3.0mm，适用于厚度较大的电池≤ 3.5mm 113um铝塑膜：冲孔深度≤ 4.0mm，适用于厚度为≤ 厚度为5.0mm或双坑电池≤ 8.0mm 152um铝塑膜：冲孔深度≤ 6.5mm，适用于厚度大于8.0mm的双坑电池

　　3.3隔板宽度隔板宽度=铝塑膜冲孔长度(外坑)-(0.0-0.5mm)

　　3.4极片尺寸设计：负极片宽度=隔膜-D1正极片宽度=负极片宽度-D2 D1:负极片宽度与隔膜宽度之间的偏差余量，为防止负极片位移超出隔膜范围，一般取2.0-3.0mm D1=2.0mm，极片长度≤ 500毫米和杆件宽度≤ 50.0mm D1=2.5mm，500mm<极靴长度≤ 1500mm D1=3.0mm，极片长度>1500mm D2：正负极片位移偏差，一般为0.0~2.0mm D2=0.0mm，电池容量≤ 200MAH D2=1.0mm，极靴长度≤ 500毫米和杆件宽度≤ 50.0mm D2=1.5mm，500mm<极靴长度≤ 1000mm D2=2.0mm，极片长度>1000mm极片长度=绕组针理论宽度×正极片层数+P1+P2负极片长度=正极片修整长度×0.5+负极长度余量：绕组针理论长度=绕组针实际宽度+绕组针厚度+参数调整值(0.2-0.5mm)p1：偶数折叠的正极片弧长之和P2：奇数折叠的负极片弧长总和——具体计算见工艺要求。负极长度余量：一般为3.0-5.0mm

　　3.5正/负侧密度的计算ρnegative=ρjust×2S正×R(正)×C(正)×E/(2S正×正极片r正r负C正C负t0-2×t)/E/t层=(t0：电池设计平均厚度t：铝塑膜厚度t层：单层厚度M：正极片厚度n：负极片厚度L：隔板厚度E：电池膨胀系数

　　3.7隔膜长度：隔膜长度=负极片长度×2+针宽×2+40mm余量

　　3.8电池厚度估算(电池厚度=TA)×EA×LA+TC×EC×LC+TM×LM+TAl×2 TA：正极片的滚动厚度EA：正极板的膨胀率LA：正极层的层数TC：负极片的滚动层厚度EC：负极片膨胀率LC：负极板的层数TM：膜厚LM：膜层数tal：铝塑膜厚度

　　四、结论：本设计规范仅供参考，部分系数需结合实际情况进行修正。对于锂离子电池技术，上述介绍只是一个小方面。为了制造好电池，我们需要在电池设计和生产中综合考虑人、机器、材料、方法和环境因素，并将这些因素引入到过程的每个细节中。

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