锂离子电池设计[1](1)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
锂离子电池设计
Prepared by: GX Liu Date: 2010.05
设计思路
产品信息 确定串并联方式 确定单体容量及 尺寸 选择电芯类型 电芯 设计 确定保护板、充电器、 电池盒、连接线/片
软包、铝壳、方型钢壳、圆柱钢壳 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 卷绕、叠片结构
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)
电芯尺寸设计
Cell Drawing
Dimension
Pocket内坑设计
R0.6
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
～3.9 2.8～3.0 ～3.5 2.0～2.5
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：
Source SS-FSN-1 6.7 14.5 28.9 BTR-818 10.8 18.0 29.8
First Efficiency(%)
346
90.4
363
89.4
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
Particle Size (D10)(μm)
Particle Size (D50)(μm)
Physical
Particle Size (D90)(μm)
BET (m2/g)
Design density (g/cm3) Chemical
1.23
~1.5
1.39
~1.6
Discharge capacity (mAh/g)
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
Battery dimension
Length 64.1 Input information
Width margin T1 T2 Swelling Angle (α) LS LS （ min)
Pocket内坑尺寸(L、W)
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 负极W: 正常情况下，负极极片宽度比隔离膜宽度小2mm
正负极极片宽度(W)
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
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 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
Rhombic mandrel Single piece width Complex width
48.23 6.91 9.31 7.09 6.81 9.31 3.81 18 16 0.3
菱形卷针示意图
卷针尺寸
卷针周长确定后，由于T1, T2, α, β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.
材料选择
结构设计 确定设计方案
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
正极材料 平台电压（负 克容量 极为石墨） （mAh/g） 压实密度 （g/cm3) 热稳定性
★
★★ ★★★★ ★★★ ★★★★★
镍酸锂
钴酸锂 锰酸锂 镍钴锰酸锂 （1:1:1） 磷酸铁锂
3.6V
3.7V 3.7V 3.6V 3.2V
150～200
～140 ～100 ～135 ～135
～3.3
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
卷绕结构图
Cathode Anode Separator Green Tape
Thanks！
隔离膜宽度
隔膜宽度= pocket内坑长度+0.5~0.6mm
顶封区
倒角0.6
阳极
隔离膜
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。
Pocket inner size
Length 58.53 Calculation result First perimeter S1 S2 S3 L1 L2 L3 AngHale Waihona Puke Baidue (β) Angle (γ) r Width 32.00
Width 33.5
Thickness 7.90
0.85 1.2 0.8 1.08 10 3.0 2.7 19.92 22.92
Prepared by: GX Liu Date: 2010.05
设计思路
产品信息 确定串并联方式 确定单体容量及 尺寸 选择电芯类型 电芯 设计 确定保护板、充电器、 电池盒、连接线/片
软包、铝壳、方型钢壳、圆柱钢壳 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 卷绕、叠片结构
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)
电芯尺寸设计
Cell Drawing
Dimension
Pocket内坑设计
R0.6
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
～3.9 2.8～3.0 ～3.5 2.0～2.5
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：
Source SS-FSN-1 6.7 14.5 28.9 BTR-818 10.8 18.0 29.8
First Efficiency(%)
346
90.4
363
89.4
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
Particle Size (D10)(μm)
Particle Size (D50)(μm)
Physical
Particle Size (D90)(μm)
BET (m2/g)
Design density (g/cm3) Chemical
1.23
~1.5
1.39
~1.6
Discharge capacity (mAh/g)
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
Battery dimension
Length 64.1 Input information
Width margin T1 T2 Swelling Angle (α) LS LS （ min)
Pocket内坑尺寸(L、W)
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 负极W: 正常情况下，负极极片宽度比隔离膜宽度小2mm
正负极极片宽度(W)
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
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 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
Rhombic mandrel Single piece width Complex width
48.23 6.91 9.31 7.09 6.81 9.31 3.81 18 16 0.3
菱形卷针示意图
卷针尺寸
卷针周长确定后，由于T1, T2, α, β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.
材料选择
结构设计 确定设计方案
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
正极材料 平台电压（负 克容量 极为石墨） （mAh/g） 压实密度 （g/cm3) 热稳定性
★
★★ ★★★★ ★★★ ★★★★★
镍酸锂
钴酸锂 锰酸锂 镍钴锰酸锂 （1:1:1） 磷酸铁锂
3.6V
3.7V 3.7V 3.6V 3.2V
150～200
～140 ～100 ～135 ～135
～3.3
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
卷绕结构图
Cathode Anode Separator Green Tape
Thanks！
隔离膜宽度
隔膜宽度= pocket内坑长度+0.5~0.6mm
顶封区
倒角0.6
阳极
隔离膜
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。
Pocket inner size
Length 58.53 Calculation result First perimeter S1 S2 S3 L1 L2 L3 AngHale Waihona Puke Baidue (β) Angle (γ) r Width 32.00
Width 33.5
Thickness 7.90
0.85 1.2 0.8 1.08 10 3.0 2.7 19.92 22.92