咨询热线

133-3289-4323

公司总线

86-020-86721008

新闻资讯

通过科学和创新,我们帮助各行各业的客户满足当今和未来社会发展的需求。

动力电池软包卷绕电池的电化学设计和结构设计

  次浏览  新能源时代  2019/11/06

一、锂离子电池设计原则

1.1 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。

1.2 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。

1.3 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。

1.4 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

2.1 正极配方

2.2 负极配方

2.3 面密度/克容量/压实密度设计

2.4 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,需要不断消耗锂离子,所以负极需要设定一定的损耗余量。

2.5 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,需要设定设计余量。

2.6 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主要特性也各不相同:

(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。

2.7 电解液配方

(1)锂盐:当前锂离子电池行业中主要采用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

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

2.8 隔膜

隔膜材质:单层或者多层的PE、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几种厚度规格。 

铝塑膜主要结构为三层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

3.1 型号确定

电池型号主要受限于使用设备内放置电池部位的空间,还需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

3.2 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,需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:电池折边需要占用的宽度空间

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

3.3 隔膜宽度

 隔膜宽度 = 铝塑膜冲壳长(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,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


3.5 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正极片单面面密度         

ρ负极片单面面密度

正极片单面面积 R R  C   CT0-2×t) / E /T层  = (     T0电池设计平均厚度           

t:铝塑膜厚度

T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

3.7 隔膜长度

 隔膜长度=负极片长度×2+卷针宽度×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,其中的一些系数需要结合实际情况加以修正。

对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,我们需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。

版权与免责声明 广州市绿原环保材料有限公司声明:本站内容及图片均由系统采集于网络,涉及的言论、版权与本站无关。如发现内容或图片存在版权问题,烦请提供相关信息发邮件至yeah_w@qq.com,我们将及时沟通与处理。
Top