电池结构与设计

浅谈电池结构与设计
电池结构与组成
剖解电池结构与设计
锂电池设计基础
磷酸铁锂电池常规特性
EV&ESS电池相关应用
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一、电池结构及组成
1.电池结构图（图一）
2.电池组成
正极片
卷芯负极片
隔离膜
电解液
电
池
外壳
正极端子
负极端子
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二、电池结构设计
圆柱形
软包方形3
国内常用18650 4
圆柱类电池三重保护装置：PTC、CID和泄压阀
PTC是由聚合物与导电粒子等
所构成，在经过特殊加工后，
导电粒子在聚合物中构成链状
导电通路。

在正常工作电流通
过时，自复保险丝呈低阻状态
（图a）；当电路中有异常过
电流通过时，大电流产生热量
使聚合物迅速膨胀，切断导电
险丝呈高阻状态（图b）当电
路中过电流消失后，聚合物冷
却，体积恢复正常，其中导电
粒子又重新构成导电通路，自
复保险丝又呈低阻状态（图
c）。

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A123普通铝壳6
日韩主流高端7
铝壳10Ah
防爆盖（电池盖）材质：
铝、塑胶等五金组合件
电芯卷芯
多卷芯并联极耳采用多种软硬连接方
式：
1、极耳打孔后用螺丝与机组锁定
2、极耳之间并联先用超声波焊接
3、再用激光焊点将极耳并联在一起
电芯壳
材质：铝（304号）
铝壳10Ah
防爆孔
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二、电池结构设计方形篇
铝壳10Ah
铝盖板
防爆孔
铝超声柱
塑胶绝缘层
铝壳
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二、电池结构设计方形篇
40Ah-日本汤浅GS结构
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二、电池结构设计方形篇
60Ah-国内主流
保护结构
内部保险丝连接件
盖板
绝缘垫
防短路支架
外壳
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二、电池结构设计方形篇13
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LFP不同形状电池性能对比
类别圆柱形软包方形
工作电压（V） 3.2
自放电率1～3%
循环寿命≥2000
电芯能量密度（Wh/Kg）130142
模组能量密度（Wh/Kg）~110~110
需要外壳防护不需要需要
散热良好一般
低温性能良好一般
安全防爆阀有无
电池失效管理有无
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锂电池设计基础
电池设计是为满足对象（用户或仪器设备）的要求进行的。

因此，在进行电池设计前，首先必须详尽地了解对象对电池性能指标及使用条件的要求，一般包括以下几个方面：电池的工作电压；
电池的工作电流，即正常放电电流和峰值电流、脉冲放电电流
电池的工作时间，包括连续放电时间，使用期限或循环寿命；
电池的工作环境，包括电池工作时所处状态及环境温度；
电池的最大允许体积尺寸
电池的贮存性能，电池贮存一段时间后，会因某些因素的影响使性能发生变化，导致电池自放电；电解液泄漏；电池短路等。

电池的循环寿命，（例如，X次保持容量初始值的70%~90% ）
电池的安全性，对于电池的不当使用，可能会造成电池的过热和漏液，进而损害身体或损坏其他设备。

所以在电池设计时，安全性是一个非常重要的环节。

电池的安全性考虑会在电池的理论设计之前进行，包括了材料的选择能否符合要求，安全功能的设计是否符合要求等等。

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容量初步评估有效体积*体积比容量
外型结构设计
壳体设计壳体厚度：铝壳、圆柱金属壳类
防爆盖板设
绝缘片保护设计
材料选择选择合适的正负极、电解液体系进行搭配，确定设计比容量正极材料体系：LCO\NCM\LMO\LFP
负极材料体系：石墨\Sic
隔膜纸:干法\湿法\陶瓷
电解液：功能型电解液
集流体规格
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正极敷料量计算正极敷料量：设计容量/正极混料比容量
根据该型号的设计开发难度，假设一个合适的正极面密度，正极面密度设计范围为：20.00～54.00.mg/cm2
正、负极片、隔膜宽度负极宽度
正极有效敷料长度的计算正极有效敷料长度
正极片总长度
确定负极总长度负极敷料量
确定隔膜纸长度=负极片总长*2+Xmm；
试卷绕及极片长度的调整
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各个技术参数的最终确定
根据试卷绕后确定的正负极片长度，极片的面密度、极片的厚度、
极组的厚度以及实际预留空间等技术参数
两侧面实际预留空间必须满足：铝壳内腔宽度-卷芯宽度≥0.7m 正负极耳长度以及外露长度的确定
极耳宽度的确定
注液量的确定
. N/P值N/P需>1（CB),即保证在任何位置负极的容量都需大于正极的容量，根据实际生产时正负极的涂布公差情况，制定相应的N/P值，以确保在正极涂布最大值时、负极涂布最小值时，负极容量也是过量的
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设计表设计表20
电池的安全设计，要从如下考虑：
1）材料体系的选择
2）结构设计
3）强的预防测试能力
4）严格的过程控制
5）设备的精度及自动化程度
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磷酸铁锂电池常规特性1、倍率放电曲线
放电倍率0.5C2C5C10C
放电容量10097%99%86% 22
磷酸铁锂电池常规特性
2、不同温度放电曲线
放电温度℃-40-20-100102555
容量百分比%68%80%90%95%98%100%100%
超低温型常规型
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磷酸铁锂电池常规特性
3、循环寿命曲线
LFP32650-5Ah-1C/1C Cycle life
100%
90%
80%
70%
sample1sample2
60%
50%
050010001500200025003000
Cycle Number
磷酸铁锂电池常规特性
4、倍率放电曲线
高倍率型常规型25
5、不同类型电池对比表1
技术参数镍镉电池镍氢电池铅酸电池磷酸铁锂电池高温充电效率（40℃）90% 80% 90% 100%低温放电性能
40% 40% 0% 40%（-40 ℃）
0.2C放电
搁置性能（1年不维护容量保
持）90% 80% 报废90%
自放电（荷电态电芯常温搁
置28天）20%~35% 20%~35% 3%~10% 3%~5%
5、不同类型电池对比表2
技术参数镍镉电池镍氢电池铅酸电池磷酸铁锂电池工作电压V 1.2 1.2 2.1 3.2质量比能Wh/kg30～5050～8040130
体积比能量Wh/L150********寿命5005005003000单位价格/寿命
1000612 2.5-3.75 1.5-2.5
环保有毒略有污染有毒无毒
安全性优秀好良好优秀
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案例应用：小型车29
案例应用
割草机
36V20Ah、
48V20Ah、
48V112Ah
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EV&ESS电池相关应用
案例应用
韩国高尔夫球车
76.8V 60Ah高尔夫球车锂电池规划方案韩国通讯基站48V5Ah、
48V6Ah、48V30Ah
绿色能源，续航未来
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EV&ESS电池相关应用
案例应用
赛车启动通讯基站48V40Ah
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谢谢大家！
EV&ESS 张小满
短号666777
2015-4-17
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