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 x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+ T1.0 (4)

包尾极片的宽度 Wp :

Wp = Wp0.5 (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 ± (6)

注：计算时N取整，并根据面密度的值来调整N。

S 极片=Lp XWp ( 7)

C 设=C 正比xS 极片x NXpE X TJE ( 8)

C 负=C 设X U ( 9)

=C 负比XS极片x Nxp Xn (10)

其中：

S极片一单个极片的面积；

C正比一正极活性物质的质量比容量，一般取值140mAh/g ; n正一正极活性物质的百分含量；

p 正一正极极片的双面面密度(g/m

2)；

C负一负极的设计容量；

U —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负比一负极活性物质的质量比容量，一般取值300mAh/g ；

耳负一负极活性物质的百分含量；

p 负一负极极片的双面面密度(g/m

2)；

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。

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) (X XN + 2) (11)

Lt = Lp + W (12)

其中：

W —隔膜宽超出极片的长度，范围为 2.0〜4.0mm，—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XN 正+ 2h 单+ h 负XN 负+ h 隔膜x ( N 负+ 1) X2 (14)

H = T' ±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负一负极片的总厚度;

T隔膜一叠成电芯后隔膜的总厚度，隔膜的厚度一般为0.020/0.022mm ; h正一正极片（双面）轧片后的厚度；

h单一正极单面极片轧片后的厚度；

h负一负极片（双面）轧片后的厚度；

N负一负极片的数量；

h隔膜一隔膜的厚度.

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*E（ 18）

其中：

E——般为 250〜300，单位 mAh/g.