锂离子电池设计

锂离子电池设计,Prepared by: GX Liu Date: 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,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：,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 Cell balance 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*Pocket R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),Cell Drawing Dimension,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)/1.08,隔离膜宽度,隔膜宽度= pocket内坑长度+0.50.6mm,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。,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, , 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Width margin.,卷绕结构图,Thanks！,