卷绕式聚合物锂离子电池设计规范

一、卷绕式聚合物锂离子电池设计规范
1. 设计容量
根据客户需要的最小容量来确定设计容量。

设计容量（mAh）= 要求的最小容量×设计系数（1）
设计系数一般取1.05~1.15。

2.极片方式
正极负极正极负极
1.竖卷式
2.横卷式
根据电池的宽度确定极片的设计方式，一般宽度＜20mm的电池采用第一种竖卷的设计方式；宽度≥20mm的电池采用第二种横卷的设计方式。

3.卷针的确定
卷针的宽度Wj由以下公式确定：
Wj = W-T-λ（2）
其中：
W —电池的宽度；
T —电池的厚度；
λ—卷芯与包装袋在宽度方向的空隙差值，一般取2~3mm。

卷针厚度Tj由卷针的宽度决定,具体见表1
表1.卷针的宽度
4. 卷芯尺寸的确定
4.1 卷芯厚度
卷芯的厚度T'是指正负极片卷绕成的电芯卡紧后的厚度(不包括包装膜的厚度)，一般是根据实际电池的厚度确定的，有以下关系：
T' = T-Φ（3）
其中：
T —电池的厚度；
Φ—系数，一般取0.7~0.9mm，具体数值根据电池的厚度决定。

4.2 卷芯宽度
卷芯的宽度w'是极片卷绕后的电芯的宽度，由以下公式确定：
w' = w j＋T j＋T'＋δ（4）
其中：
w j—卷针的宽度；
T j —卷针的厚度；
T'—卷芯的厚度；
δ—系数，一般取0.5~1。

5.极片的设计
5.1 极片宽度的确定：
极片的宽度Wa根据卷绕的方式不同分别由以下公式确定(正、负极极片的宽度相同)：
横卷：Wa = L-ω（5）
其中：
L —电池的长度；
ω—系数，根据电池的厚度决定，一般≤3mm的电池取值6.5~7.5mm；＞3mm 的电池取值7.0~7.5mm。

竖卷：Wa = L-φ（6）
其中：
L —电池的长度；
ω—系数，一般取值2.5~3.0mm。

5.2 极片长度、面密度的确定：
5.2.1试卷电芯极片长度的计算：
试卷电芯正极极片长度Lc的计算：
以390g/m2的面密度来计算试卷电芯的极片长度。

Lc = C设÷140÷η÷390÷Wa÷2﹢2Wj﹢T'+8 （7）
其中：
C设—电池的设计容量；
η—配方中正极活性物质的百分含量；
Wa —极片的宽度；
Wj —卷针的宽度；
T' —卷芯的厚度。

试卷电芯负极极片长度La由计算：
C负= C设×ζ
La = C负÷300÷η÷190÷Wa÷2﹢2Wj﹢B （8）
其中：
C负—负极的设计容量；
ζ—负极容量的过剩系数，一般取1.03~1.06；
η—配方中负极活性物质的百分含量；
Wa —极片的宽度；
Wj —卷针的宽度；
B —较正系数，一般为3~5mm。

5.2.2极片长度、面密度的确定：
采用已初步确定的参数（卷针、极片宽度、极片长度）制作极片进行试卷，根据试卷电芯的尺寸来分析合适的长度、面密度，以确定最终的方案，必要时需再次试卷。

5.3 极片厚度的确定：
为保证极片中活性物质的性能发挥，涂布后的极片要进行适当轧片，一般根据材料的压实密度来确定不同面密度的极片的轧片厚度。

表2. 不同材料的压实密度
6. 隔膜尺寸的确定
隔膜的长度Ls、宽度Lt根据卷绕方式分别由以下公式确定：
横卷：Ls = 2×La﹢10 （9）Lt = Wa＋C （10）
其中：
La —最终定下的负极极片的长度；
C —系数，一般取2.5mm，电芯厚度大于5.5mm时取3.0mm。

竖卷：Ls = 2×La﹢10﹢L/2 （11）Lt = Wa＋C （12）
其中：
La —最终定下的负极极片的长度；
L —电池的长度；
C —系数，一般取2.5mm，电芯厚度大于5.5mm时取3.0mm。

7. 包装袋的设计
7.1槽深的设计
根据卷芯的厚度T'确定铝塑包装膜的槽深H，冲槽的深度最大不超过5mm，卷芯与槽深的关系参见图1：
H = T'-α（13）
其中：
T'—卷芯的厚度；
α—系数，一般取0.1~0.4，卷芯厚的α取值也随之增大。

7.2 膜芯尺寸的确定
膜芯长度L
由下式确定：
X
L X = L'＋β（14）膜芯宽度W X由下式确定：
W X = W－γ（15）其中：
L' —卷芯的长度；
W —电池的宽度；
β—系数，取值范围一般为1.5~2.5mm；
γ—系数，取值范围一般为1.35~1.75mm.
7.3 膜腔尺寸的确定
膜腔长度L
由下式确定：
Y
L Y = L'＋α（16）膜腔宽度W Y由下式确定：
W Y = W－k （17）其中：
L' —卷芯的长度；
W —电池的宽度；
α—系数，取值范围一般为2.0~3.5mm；
k —系数，取值范围一般为1.2~1.5mm.
8.电解液量的确定
根据电池的设计容量确定电解液的加入量M
M = C设÷ξ（18）
其中：
ξ—一般为250~300，单位mAh/g.
9. 极耳的选择
根据电池的宽度确定极耳的尺寸，参照下表进行选择。

表3. 电池尺寸与极耳尺寸的关系。