简述叠片式锂离子电池型号设计优化比能量

软包装锂离子电池的构成通常包括正极、负极、隔膜、电解液及其他必要的辅助材料，如极耳、胶带和铝塑等。

根据讨论的需要，本文作者将软包锂离子电池内的物质划分为极片单元组合和非贡献能量物质两大类，其中极片单元是指一片正极加一片负极，整个电池内的所有正极和负极可看成是若干个极片单元组成的极片单元组合;非贡献能量物质是指除极片单元组合外其他所有的物质，如隔膜、电解液、极耳、铝塑、保护胶带和终止胶带等。对于常见的LiMO2(M=Co、Ni和Ni-Co-Mn等)碳体系的锂离子电池，极片单元组合决定了电池的容量和能量。

目前，为了实现电池的质量比能量300Whkg的目标，主要的方法包括：

(1)选择高容量材料体系，正极采用高镍三元，负极采用硅碳;

(2)设计高压电解液，提高充电截止电压;

(3)优化正负极浆料的配方，增加活性物质在电极中占比;

(4)采用更薄的铜箔、铝箔，减少集流体的所占的比例;

(5)提高正负极的涂布量，增加活性物质在电极中占比;

(6)控制电解液的数量，减少电解液的数量提高锂离子电池比能量;

(7)优化电池的结构，降低极耳、封装材料等在电池中所占的比例。

在圆柱、方形硬壳、软包叠片三种电池形态中，软包电池具有设计灵活、重量轻、内阻小、不易爆炸、循环次数多等特点，电池的比能量性能也突出。因此，叠片式软包动力锂离子电池是目前研究的热点。在叠片式软包动力锂离子电池型号设计过程中，主要的变量可区分为以下6个方面，前3者可认为是由电化学体系水平、设计规则决定的，后3者通常是型号设计关注的变量因素。

(1)正负极材料和配方;

(2)正负极压实密度;

(3)负极容量(N)与正极容量(P)的比值(NP);

(4)极片单元数量(等于正极片数量);

(5)正极涂布量(在NP确定的基础上，先确定正极涂布量，随之可确定负极涂布量);

(6)单片正极的单面面积(由正极片长度和宽度决定，当正极片长度和宽度确定后，负极片的尺寸也随之确定，电芯尺寸即可确定)。

为研究极片单元数量、正极涂布量和单片正极的单面面积对电池比能量、能量密度影响的显著性，首先选定某一电化学体系和设计规则(即确定电极材料与配方、压实密度及NP等)，再将极片单元数量、正极涂布量、单片正极的单面面积等三因素的各水平进行正交组合，对以某一组确定的电极材料与配方、压实密度及NP为基础计算出的计算出的电池比能量、能量密度进行极差分析。