盤點在電池設計中鋰離子電池的常用設計公式

疊片式聚合物鋰離子電池設計規范

設計容量

為保證電池設計的可靠性和使用壽命，根據客戶需要的最小容量來確定設計容量。

設計容量(mAh)= 要求的最小容量×設計系數 (1)

設計系數一般取1.03~1.10。

極片尺寸設計

根據所要設計電池的尺寸，確定單個極片的長度、寬度。

極片長度Lp：

Lp = 電池長度-A-B (2)

極片寬度Wp：

Wp = 電池寬度-C (3)

包尾極片的長度Lp′：

Lp′= 2Lp+ T'-1.0 (4)

包尾極片的寬度Wp′：

Wp′= Wp-0.5 (5)

其中：

A — 系數，取值由電池的厚度T決定，當

(1) T≤3mm時，對于常規電芯A一般取值4.5mm，大電芯一般取值4.8mm;

(2) 3mm

(3) 4mm

(4) 5mm

B — 間隙系數，一般取值范圍為3.6~4.0mm;

C — 取值范圍一般為2.5~2.6mm(適用于雙折邊);

T'— 電芯的理論疊片厚度

極片數、面密度的確定：

確定極片的數量N，并根據電池的設計容量來確定電極的面密度，電池的設計容量一般由正極容量決定，負極容量過剩。在進行理論計算時，一般正極活性物質的質量比容量取140mAh/g，負極活性物質的質量比容量取300mAh/g。

N =(T-0.2)/0.35±1 (6)

注：計算時N取整，并根據面密度的值來調整N。

S極片 = Lp×Wp (7)

C設 = C正比×S極片×N×ρ正×η正 (8)

C負 = C設×υ (9)

= C負比×S極片×N×ρ負×η負 (10)

其中：

S極片 — 單個極片的面積;

C正比 — 正極活性物質的質量比容量，一般取值140mAh/g;

η正 — 正極活性物質的百分含量;

ρ正 — 正極極片的雙面面密度(g/m2);

C負 — 負極的設計容量;

υ — 負極容量過剩系數，一般常規電池取值1.00~1.06;DVD電池以及容量大于2000mAh的取值1.05~1.12;

C負比 — 負極活性物質的質量比容量，一般取值300mAh/g;

η負 — 負極活性物質的百分含量;

ρ負 — 負極極片的雙面面密度(g/m2);

極片厚度的確定：

為保證極片中活性物質的性能發揮，涂布后的極片要進行適當軋片，一般根據材料的壓實密度來確定不同面密度的極片的軋片厚度。

表1. 不同材料的壓實密度

材料壓實密度/g/m3

正極材料3.50~3.90

國產負極材料BF1.45~1.65

進口負極材料MCMB1.60~1.80

隔膜尺寸的確定

現在使用的隔膜的規格一般為厚度0.020mm、0.022mm的，隔膜的長度Ls、寬度Lt由以下公式確定：

Ls = (Wp+0.5)×(2×N+2) (11)

Lt = Lp+Ψ (12)

其中：

Ψ — 隔膜寬超出極片的長度，范圍為2.0~4.0mm，一般取3.0mm.

包裝袋的設計

1、槽深設計

根據疊片后電芯的厚度T'確定鋁塑包裝膜的槽深H，為避免鋁塑包裝膜的二次拉伸，沖槽深度原則上等于疊片后電芯的厚度。

T'= T正+T負+T隔膜 (13)

= h正×N正+2h單+h負×N負+h隔膜×(N負+1)×2 (14)

H = T'±0.1 (15)

2、包裝袋膜腔長度的確定

膜腔的長度與電芯的長度有以下關系：

膜腔長度 = 電芯長度-A (16)

注：參數A的確定參見公式(2).

3、包裝袋膜腔寬度的確定

膜腔的寬度與電芯的寬度有以下關系：

膜腔寬度 = 電芯寬度-B (17)

B—系數，一般取值1.0~1.2mm.

電解液量的確定

根據電池的設計容量確定電解液的加入量M

M = C設÷ξ (18)

其中：

ξ— 一般為250~300，單位mAh/g.