一、鋰離子電池設(shè)計(jì)原則

1、安全

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，必須盡可能的消除任何危害終端客戶(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全的隱患。

2、客戶(hù)需求

滿(mǎn)足客戶(hù)為第一準(zhǔn)則，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人必須經(jīng)常與客戶(hù)流通，了解其對(duì)產(chǎn)品的使用體驗(yàn)。

3、成本

在不影響客戶(hù)使用效果的前提下，降低成本是對(duì)公司和客戶(hù)負(fù)責(zé)的體現(xiàn)。

4、法規(guī)

產(chǎn)品必須遵守本國(guó)和產(chǎn)品消費(fèi)國(guó)之相關(guān)法律法規(guī)。

二、電化學(xué)設(shè)計(jì)部分

1、正極配方

2、負(fù)極配方

3、面密度/克容量/壓實(shí)密度設(shè)計(jì)

4、負(fù)極余量設(shè)計(jì)

負(fù)極容量余量：因?yàn)樨?fù)極從開(kāi)始形成SEI膜到循環(huán)的修復(fù)SEI等反應(yīng)，要不斷消耗鋰離子，所以負(fù)極要設(shè)定一定的損耗余量。

5、電池容量設(shè)計(jì)

電池設(shè)計(jì)容量余量：因?yàn)椴僮鳌⒃O(shè)備等原因，同一批次的電池容量會(huì)呈正態(tài)分布，為保證整個(gè)容量分布基本處于標(biāo)稱(chēng)容量以上，要設(shè)定設(shè)計(jì)余量。

6、電解液類(lèi)型選擇

根據(jù)客戶(hù)不同的使用環(huán)境和習(xí)慣，電池有各種不同的分類(lèi)，這些電池分類(lèi)中使用的電解液重要特性也各不相同：

（1）高溫型：85度12h儲(chǔ)存測(cè)試滿(mǎn)足行業(yè)要求，用于有高溫要求的GPS產(chǎn)品；

（2）普通型：70度12h儲(chǔ)存測(cè)試滿(mǎn)足行業(yè)要求，放電平臺(tái)比較高，用于MID產(chǎn)品；

（3）低成本型：滿(mǎn)足0.5C循環(huán)300周容量保持80%的要求，用于移動(dòng)電源等低成本產(chǎn)品；

（4）高電壓電解液：滿(mǎn)足4.35V-4.40V使用，放電平臺(tái)比要求較高，高電壓電池產(chǎn)品；

（5）低溫型：-40度0.2C放電容量比大于50%，用于低溫環(huán)境使用產(chǎn)品；

（6）高倍率型：滿(mǎn)足20C以上倍率放電要求，用于無(wú)人機(jī)、啟動(dòng)電源等產(chǎn)品。

7、電解液配方

（1）鋰鹽：當(dāng)前鋰離子電池行業(yè)中重要采用LiPF6作為鋰鹽，其濃度一般為0.8～1.2mol/L；

（2）溶劑：一般為二元或三元組分，成分為EC/DEC/PC/EMC/DMC等，含量為90%～95%；

（3）添加劑：分為成膜添加劑、防過(guò)充添加劑、低溫添加劑、增強(qiáng)導(dǎo)電性添加劑，含量為5%～10%；

（4）參數(shù)要求：

密度：1.1～1.2g/cm3

電導(dǎo)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

隔膜材質(zhì)：?jiǎn)螌踊蛘叨鄬拥腜E、PP

厚度規(guī)格：12um～30um

9、外包裝——鋁塑膜

鋁塑膜重要厚度：88um/113um/122um/153um幾種厚度規(guī)格。

鋁塑膜重要結(jié)構(gòu)為三層Nylon/Al/CPP，以及2層粘接劑；其中Nylon：20um左右，Al層40um左右，剩下的厚度為CPP厚度。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分

1、型號(hào)確定

電池型號(hào)重要受限于使用設(shè)備內(nèi)放置電池部位的空間，還要考慮電池使用過(guò)程中的膨脹問(wèn)題。

本部分以P455268/2500Ah為例說(shuō)明電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

型號(hào)：P455268

標(biāo)稱(chēng)容量：2500mAh

尺寸：厚max4.5mm，寬max52.0mm，長(zhǎng)max68.0mm

2、鋁塑膜包裝殼

沖坑長(zhǎng)（外坑）=電池長(zhǎng)度-頂封邊寬度-偏差系數(shù)C

偏差系數(shù)C：長(zhǎng)度方向由于各種誤差所產(chǎn)生的系數(shù),要減掉才能保證電池不超長(zhǎng)；

單坑電池：C=1.0mm；

雙坑電池：C=1.5mm；

沖坑寬（內(nèi)坑）=電池寬度-折邊寬度C

折邊寬度C：電池折邊要占用的寬度空間

電池厚度T≤2.8mm時(shí)，C=2.5mm

2.8mm＜電池厚度T≤3.5mm時(shí)，C=2.0mm

電池厚度T＞3.5mm時(shí)，C=1.5mm

此類(lèi)電池為單折邊，若制程能力足夠，Cmin=1.0mm

沖殼深（單坑）=卷芯厚度-0.2mm

沖殼深（雙坑）=卷芯厚度mm(兩坑相加之和)

在殼子深度大于5.0mm時(shí)建議使用雙坑,兩坑(正坑和反坑)的深度差1.0mm左右

鋁塑膜厚度的選擇：

88um鋁塑膜：

沖殼深度≤3.0mm，適用于厚度≤3.5mm的電池

113um鋁塑膜：

沖殼深度≤4.0mm，適用于厚度≤5.0mm單坑電池或厚度≤8.0mm的雙坑電池

152um鋁塑膜：

沖殼深度≤6.5mm，適用于厚度＞8.0mm的雙坑電池

3、隔膜寬度

隔膜寬度=鋁塑膜沖殼長(zhǎng)（外坑）-（0.0～0.5mm）

4、極片尺寸設(shè)計(jì)

負(fù)極片寬度=隔膜-D1

正極片寬度=負(fù)極片寬度-D2

D1：負(fù)極片寬度與隔膜寬度之間的偏差余量，防止負(fù)極片錯(cuò)位超出隔膜范圍

一般取2.0～3.0mm

D1=2.0mm,極片長(zhǎng)度≤500mm&極片寬度≤50.0mm

D1=2.5mm,500mm＜極片長(zhǎng)度≤1500mm

D1=3.0mm,極片長(zhǎng)度＞1500mm

D2：負(fù)極片與正極片之間的錯(cuò)位偏差，一般取0.0～2.0mm

D2=0.0mm,電池容量≤200mAh

D2=1.0mm，極片長(zhǎng)度≤500mm&極片寬度≤50.0mm

D2=1.5mm,500mm＜極片長(zhǎng)度≤1000mm

D2=2.0mm,極片長(zhǎng)度＞1000mm

正極片長(zhǎng)度=卷針理論寬度×正極片層數(shù)+P1+P2

負(fù)極片長(zhǎng)度=正極片敷料長(zhǎng)度×0.5+負(fù)極長(zhǎng)度余量

卷針理論寬度=卷針實(shí)際寬度+卷針厚度+參數(shù)調(diào)整值(0.2～0.5mm)

P1：正極片在偶數(shù)折的圓弧長(zhǎng)度之和

P2：正極片在奇數(shù)折的圓弧長(zhǎng)度之和--具體計(jì)算參考工藝要求

負(fù)極長(zhǎng)度余量：一般取3.0～5.0mm

5、正/負(fù)極片面密度計(jì)算

ρ負(fù)=ρ正×2S正×R正×C正×E/(2S正×R負(fù)×C負(fù))=ρ正×R正×C正×E/(R負(fù)×C負(fù))

ρ正：正極片單面面密度

ρ負(fù)：負(fù)極片單面面密度

正極片單面面積R正R負(fù)C正C負(fù)T0-2×t)/E/T層=(T0：電池設(shè)計(jì)平均厚度

t：鋁塑膜厚度

T層：?jiǎn)螌雍穸?/p>

M：正極片厚度

N：負(fù)極片厚度

L：隔膜厚度

E：電池膨脹系數(shù)

6、隔膜長(zhǎng)度

隔膜長(zhǎng)度=負(fù)極片長(zhǎng)度×2+卷針寬度×2+40mm余量

7、電池厚度估算

電池厚度=TA×EA×LA+TC×EC×LC+TM×LM+TAl×2

TA：正極片輥壓厚度

EA：正極片膨脹率

LA：正極片層數(shù)

TC：負(fù)極片輥壓厚度

EC：負(fù)極片膨脹率

LC：負(fù)極片層數(shù)

TM：隔膜厚度

LM：隔膜層數(shù)

TAl：鋁塑膜厚度

四.結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)規(guī)范僅供參考，其中的一些系數(shù)要結(jié)合實(shí)際情況加以修正。

關(guān)于鋰離子電池技術(shù)來(lái)說(shuō)，以上介紹只是一個(gè)很小的方面，為了能做出好的電池，我們要統(tǒng)籌考慮電池設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的人、機(jī)、料、法、環(huán)各個(gè)因素，并把這些因素引入過(guò)程的每個(gè)細(xì)節(jié)之中。