锂离子电池设计公式

锂离子电池设计公式

一、叠片式聚合物锂离子电池设计规范

1. 设计容量

为保证电池设计的可靠性和使用寿命，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1.03~1.10。

2. 极片尺寸设计

根据所要设计电池的尺寸，确定单个极片的长度、宽度。

极片长度Lp：

Lp = 电池长度－A－B （2）

极片宽度Wp：

Wp = 电池宽度－C （3）

包尾极片的长度Lp′：

Lp′= 2Lp+ T'-1.0 （4）

包尾极片的宽度Wp′：

Wp′= Wp-0.5 （5）

其中：

A —系数，取值由电池的厚度T决定，当

（1）T≤3mm时，对于常规电芯A一般取值4.5mm，大电芯一般取值4.8mm；

（2）3mm＜T≤4mm时，对于常规电芯A一般取值4.8mm，大电芯一般取值5.0mm；

（3）4mm＜T≤5mm时，对于常规电芯A一般取值5.0mm，大电芯一般取值5.2~6.0mm；

（4）5mm＜T≤6mm时，对于常规电芯A一般取值5.2mm, 大电芯一般取值5.4~6.0mm。

B —间隙系数，一般取值范围为3.6~4.0mm；

C —取值范围一般为2.5~2.6mm（适用于双折边）；

T'—电芯的理论叠片厚度，T'的确定见6.1节.

图1.双面极片、单面正极包尾极片示意图

3. 极片数、面密度的确定：

确定极片的数量N，并根据电池的设计容量来确定电极的面密度，电池的设计容量一般由正极容量决定，负极容量过剩。在进行理论计算时，一般正极活性物质的质量比容量取140mAh/g，负极活性物质的质量比容量取300mAh/g。

N =（T-0.2）/0.35±1 （6）

注：计算时N取整，并根据面密度的值来调整N。

S极片= Lp×Wp （7）

C设= C正比×S极片×N×ρ正×η正（8）

C负= C设×υ （9）

= C负比×S极片×N×ρ负×η负（10）

其中：

S极片—单个极片的面积；

C正比—正极活性物质的质量比容量，一般取值140mAh/g；

η正—正极活性物质的百分含量；

ρ正—正极极片的双面面密度（g/m2）；

C负—负极的设计容量；

υ —负极容量过剩系数，一般常规电池取值1.00~1.06；DVD电池以及容量大于2000mAh的取值1.05~1.12；

C负比—负极活性物质的质量比容量，一般取值300mAh/g；

η负—负极活性物质的百分含量；

ρ负—负极极片的双面面密度（g/m2）；

4. 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1. 不同材料的压实密度

5. 隔膜尺寸的确定

现在使用的隔膜的规格一般为厚度0.020mm、0.022mm的，隔膜的长度Ls、宽度Lt由以下公式确定：Ls = (Wp+0.5)×(2×N＋2) （11）

Lt = Lp＋Ψ （12）

其中：

Ψ —隔膜宽超出极片的长度，范围为2.0~4.0mm，一般取3.0mm.

6. 包装袋的设计

6.1槽深设计

根据叠片后电芯的厚度T'确定铝塑包装膜的槽深H，为避免铝塑包装膜的二次拉伸，冲槽深度原则上等于叠片后电芯的厚度。

T'= T正＋T负+T隔膜（13）

= h正×N正＋2h单＋h负×N负＋h隔膜×（N负＋1）×2 （14）

H = T'±0.1 （15）

注：以上计算针对单冲槽槽深设计，目前只能满足冲槽深度≤4.2mm的，对于4.2~5.0mm槽深的要依据生产上所能达到的实际尺寸。

其中：

T正—正极片的总厚度；

T负—负极片的总厚度；

T隔膜—叠成电芯后隔膜的总厚度，隔膜的厚度一般为0.020/0.022mm；h正—正极片（双面）轧片后的厚度；

h单—正极单面极片轧片后的厚度；

h负—负极片（双面）轧片后的厚度；

N负—负极片的数量；

h隔膜—隔膜的厚度.

6.2 包装袋膜腔长度的确定

膜腔的长度与电芯的长度有以下关系：

膜腔长度= 电芯长度-A （16）

注：参数A的确定参见公式（2）.

6.3 包装袋膜腔宽度的确定

膜腔的宽度与电芯的宽度有以下关系：

膜腔宽度= 电芯宽度-B (17)

B—系数，一般取值1.0~1.2mm.

7. 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.