锂离子电池设计[1](1)

锂离子电池设计Preparedby:GXLiuDate:2010.05产品信息确定串并联方式确定保护板、充电器、电池盒、连接线/片确定单体容量及尺寸选择电芯类型材料选择结构设计确定设计方案选择正负极材料及配方、电解液、隔膜、箔材厚度、包装材料、极耳等等软包、铝壳、方型钢壳、圆柱钢壳卷绕、叠片结构电芯设计设计思路产品信息容量/尺寸用途工作电压/工作电流内阻/出货电压环境温度循环过充……电芯设计材料选择结构设计锂电材料正极材料负极材料电解液隔离膜外壳铜/铝箔极耳胶纸粘结剂/导电剂正极材料正极材料平台电压（负极为石墨）克容量（mAh/g）压实密度（g/cm3)热稳定性镍酸锂3.6V150～200～3.3★钴酸锂3.7V～140～3.9★★锰酸锂3.7V～1002.8～3.0★★★★镍钴锰酸锂（1:1:1）3.6V～135～3.5★★★磷酸铁锂3.2V～1352.0～2.5★★★★★负极材料天然石墨人造石墨MCMB硬碳钛酸锂合金石墨石墨分为天然石墨和人造石墨杉杉人造石墨FSN-1和贝特瑞改性天然石墨818相关数据比较：SourceSS-FSN-1BTR-818PhysicalParticleSize(D10)(μm)6.710.8ParticleSize(D50)(μm)14.518.0ParticleSize(D90)(μm)28.929.8BET(m2/g)1.231.39Designdensity(g/cm3)~1.5~1.6ChemicalDischargecapacity(mAh/g)346363FirstEfficiency(%)90.489.4天然石墨价格比人造石墨便宜，但容易与PC发生共嵌，所以在选择天然石墨做负极时要考虑与电解液的兼容问题。MCMB倍率性能好循环性能好价格高克容量低(~300mAh/g)杉杉CMS系列:G10、G15、G25等等电解液溶质：LiPF6(通常浓度为1M）溶剂：环状碳酸酯(EC、PC)和线性碳酸酯(DMC、EMC、DEC、MPC）添加剂：VC(碳酸亚乙烯酯)、PS(1,3-丙烷磺内酯)、丁二酸酐(或琥珀酸酐)、CHB(环己基苯)、BP(联苯)、FB(氟苯)、FEC(氟代碳酸亚乙酯)需要注意电解液与负极的兼容性电芯设计原则安全CellbalanceOverhang超越客户期望材料和配方的选取工序控制电芯设计思路客户规格(T、L、W、Cap)根据电芯尺寸和容量来选择材料体系Pocket内坑尺寸(L、W)L:电芯长度-顶封边宽-2*弓长(~0.9mm)-2*铝塑膜厚度-2*PocketR角长(~0.3mm)-Pocket棱线长(~0.3mm)W:电芯宽度-1.5或2.0隔膜宽度(W)W:在ATL，正常情况下，隔离膜的宽度比Pockt内坑长度大～0.6mm正负极极片宽度(W)负极W:正常情况下，负极极片宽度比隔离膜宽度小2mm正极W:正常情况下，正极极片宽度比负极宽度小2mm卷针尺寸在ATL，卷针为菱形，厚度为4.0mm，而宽度，则根据pocket宽度和电芯厚度计算出来正负极极片尺寸(L)L:根据层数和卷针尺寸计算出极片长度(包括涂膜区和空白区尺寸)CellDrawingDimension电芯尺寸设计Pocket内坑设计Pocket内坑长度=电芯最大长度-顶封错位0.5-模具公差0.25-顶封区宽度-2*[0.6+包装铝箔厚度+(4-2*倒角0.6)*Tan(4*PI/180)]Pocket内坑宽度=电芯最大宽度-折边空间（一般双折边为2.0，单折边为1.5）Pocket内坑深度(＜5.05mm，单坑；＞5.05mm，双坑)=(电芯平均厚度-2*铝塑膜厚度)/1.08R0.6隔离膜宽度隔膜宽度=pocket内坑长度+0.5~0.6mm备注：因为隔离膜宽(=内坑长+0.6)内坑长+[0.6+包装铝箔厚度+(4-2*倒角0.6)*TAN(4*PI/180)]*2，所以顶封时不会封到隔离膜。顶封区阳极隔离膜倒角0.6极片宽度阳极宽度=隔膜宽度-Overhang阴极宽度=阳极宽度-Overhang一般情况下，隔离膜和阳极在宽度方向的overhang是2.0mm。对于宽度比较大的电芯，比如EV电芯，为了防止错位，保证足够的安全，Overhang将会增大到3.0mm或更多；一般情况下，阳极和阴极在宽度方向的overhang为2.0mm，但对于能量密度要求较高的电芯，在机器卷绕对alignment控制较好的情况下，可以考虑将此overhang调整为1.5mm。卷针设计卷针周长=2*[裸电芯宽度-裸电芯厚度]其中：裸电芯宽度=包装铝箔内坑宽-0.8(宽度margin)裸电芯厚度=(电芯最大厚度-2*包装铝箔厚度)/电芯膨胀系数1.08菱形卷针示意图卷针尺寸卷针周长确定后，由于T1,T2,α,β为常数，卷针的其它尺寸就可计算出来。对于不同厚度和宽度的电芯，卷针设计时要考虑不同的Widthmargin.LengthWidthThicknessLengthWidth64.133.57.9058.5332.00InputinformationCalculationresultWidthmargin0.85Firstperimeter48.23T11.2S16.91T20.8S29.31Swelling1.08S37.09Angle(α)10L16.81LS3.0L29.31LS（min)2.7L33.81RhombicmandrelAngle(β)1819.92Angle(γ)1622.92r0.3ComplexwidthPocketinnersizeBatterydimensionSinglepiecewidth卷绕结构图CathodeAnodeSeparatorGreenTapeThanks！