钜大LARGE | 点击量：1644次 | 2020年03月11日
软包卷绕电池的电化学设计和结构设计
一、锂离子电池设计原则
1、安全
在产品设计中，必须尽可能的消除任何危害终端客户人身和财产安全的隐患。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
2、客户需求
满足客户为第一准则，项目负责人必须经常与客户流通，了解其对产品的使用体验。
3、成本
在不影响客户使用效果的前提下，降低成本是对公司和客户负责的体现。
4、法规
产品必须遵守本国和产品消费国之相关法律法规。
二、电化学设计部分
1、正极配方
2、负极配方
3、面密度/克容量/压实密度设计
4、负极余量设计
负极容量余量：因为负极从开始形成SEI膜到循环的修复SEI等反应，要不断消耗锂离子，所以负极要设定一定的损耗余量。
5、电池容量设计
电池设计容量余量：因为操作、设备等原因，同一批次的电池容量会呈正态分布，为保证整个容量分布基本处于标称容量以上，要设定设计余量。
6、电解液类型选择
根据客户不同的使用环境和习惯，电池有各种不同的分类，这些电池分类中使用的电解液重要特性也各不相同：
（1）高温型：85度12h储存测试满足行业要求，用于有高温要求的GPS产品；
（2）普通型：70度12h储存测试满足行业要求，放电平台比较高，用于MID产品；
（3）低成本型：满足0.5C循环300周容量保持80%的要求，用于移动电源等低成本产品；
（4）高电压电解液：满足4.35V-4.40V使用，放电平台比要求较高，高电压电池产品；
（5）低温型：-40度0.2C放电容量比大于50%，用于低温环境使用产品；
（6）高倍率型：满足20C以上倍率放电要求，用于无人机、启动电源等产品。
7、电解液配方
（1）锂盐：当前锂离子电池行业中重要采用LiPF6作为锂盐，其浓度一般为0.8～1.2mol/L；
（2）溶剂：一般为二元或三元组分，成分为EC/DEC/PC/EMC/DMC等，含量为90%～95%；
（3）添加剂：分为成膜添加剂、防过充添加剂、低温添加剂、增强导电性添加剂，含量为5%～10%；
（4）参数要求：
密度：1.1～1.2g/cm3
电导率：6.0～9.0mS/cm(普通型)，10.0～14.0mS/cm(倍率型)
水份含量：≤20ppm
HF含量：≤20ppm
8、隔膜
隔膜材质：单层或者多层的PE、PP
厚度规格：12um～30um
9、外包装——铝塑膜
铝塑膜重要厚度：88um/113um/122um/153um几种厚度规格。
铝塑膜重要结构为三层Nylon/Al/CPP，以及2层粘接剂；其中Nylon：20um左右，Al层40um左右，剩下的厚度为CPP厚度。
三、结构设计部分
1、型号确定
电池型号重要受限于使用设备内放置电池部位的空间，还要考虑电池使用过程中的膨胀问题。
本部分以P455268/2500Ah为例说明电池的结构设计：
型号：P455268
标称容量：2500mAh
尺寸：厚max4.5mm，宽max52.0mm，长max68.0mm
2、铝塑膜包装壳
冲坑长（外坑）=电池长度-顶封边宽度-偏差系数C
偏差系数C：长度方向由于各种误差所产生的系数,要减掉才能保证电池不超长；
单坑电池：C=1.0mm；
双坑电池：C=1.5mm；
冲坑宽（内坑）=电池宽度-折边宽度C
折边宽度C：电池折边要占用的宽度空间
电池厚度T≤2.8mm时，C=2.5mm
2.8mm＜电池厚度T≤3.5mm时，C=2.0mm
电池厚度T＞3.5mm时，C=1.5mm
此类电池为单折边，若制程能力足够，Cmin=1.0mm
冲壳深（单坑）=卷芯厚度-0.2mm
冲壳深（双坑）=卷芯厚度mm(两坑相加之和)
在壳子深度大于5.0mm时建议使用双坑,两坑(正坑和反坑)的深度差1.0mm左右
铝塑膜厚度的选择：
88um铝塑膜：
冲壳深度≤3.0mm，适用于厚度≤3.5mm的电池
113um铝塑膜：
冲壳深度≤4.0mm，适用于厚度≤5.0mm单坑电池或厚度≤8.0mm的双坑电池
152um铝塑膜：
冲壳深度≤6.5mm，适用于厚度＞8.0mm的双坑电池
3、隔膜宽度
隔膜宽度=铝塑膜冲壳长（外坑）-（0.0～0.5mm）
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，防止负极片错位超出隔膜范围
一般取2.0～3.0mm
D1=2.0mm,极片长度≤500mm&极片宽度≤50.0mm
D1=2.5mm,500mm＜极片长度≤1500mm
D1=3.0mm,极片长度＞1500mm
D2：负极片与正极片之间的错位偏差，一般取0.0～2.0mm
D2=0.0mm,电池容量≤200mAh
D2=1.0mm，极片长度≤500mm&极片宽度≤50.0mm
D2=1.5mm,500mm＜极片长度≤1000mm
D2=2.0mm,极片长度＞1000mm
正极片长度=卷针理论宽度×正极片层数+P1+P2
负极片长度=正极片敷料长度×0.5+负极长度余量
卷针理论宽度=卷针实际宽度+卷针厚度+参数调整值(0.2～0.5mm)
P1：正极片在偶数折的圆弧长度之和
P2：正极片在奇数折的圆弧长度之和--具体计算参考工艺要求
负极长度余量：一般取3.0～5.0mm
5、正/负极片面密度计算
ρ负=ρ正×2S正×R正×C正×E/(2S正×R负×C负)=ρ正×R正×C正×E/(R负×C负)
ρ正：正极片单面面密度
ρ负：负极片单面面密度
正极片单面面积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：隔膜厚度
E：电池膨胀系数
6、隔膜长度
隔膜长度=负极片长度×2+卷针宽度×2+40mm余量
7、电池厚度估算
电池厚度=TA×EA×LA+TC×EC×LC+TM×LM+TAl×2
TA：正极片辊压厚度
EA：正极片膨胀率
LA：正极片层数
TC：负极片辊压厚度
EC：负极片膨胀率
LC：负极片层数
TM：隔膜厚度
LM：隔膜层数
TAl：铝塑膜厚度
四.结语
本设计规范仅供参考，其中的一些系数要结合实际情况加以修正。
关于锂离子电池技术来说，以上介绍只是一个很小的方面，为了能做出好的电池，我们要统筹考虑电池设计和生产中的人、机、料、法、环各个因素，并把这些因素引入过程的每个细节之中。
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