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盤點(diǎn)在電池設(shè)計(jì)中鋰離子電池的常用設(shè)計(jì)公式

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：3523次  |  2019年11月08日  

疊片式聚合物鋰離子電池設(shè)計(jì)規(guī)范


設(shè)計(jì)容量


為保證電池設(shè)計(jì)的可靠性和使用壽命，根據(jù)客戶需要的最小容量來確定設(shè)計(jì)容量。


設(shè)計(jì)容量(mAh)=要求的最小容量×設(shè)計(jì)系數(shù)(1)


設(shè)計(jì)系數(shù)一般取1.03~1.10。


極片尺寸設(shè)計(jì)


根據(jù)所要設(shè)計(jì)電池的尺寸，確定單個(gè)極片的長(zhǎng)度、寬度。


極片長(zhǎng)度Lp：


Lp=電池長(zhǎng)度-A-B(2)


極片寬度Wp：


Wp=電池寬度-C(3)


包尾極片的長(zhǎng)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(shù)，取值由電池的厚度T決定，當(dāng)


(1)T≤3mm時(shí)，對(duì)于常規(guī)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(shù)，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(shù)、面密度的確定：


確定極片的數(shù)量N，并根據(jù)電池的設(shè)計(jì)容量來確定電極的面密度，電池的設(shè)計(jì)容量一般由正極容量決定，負(fù)極容量過剩。在進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，一般正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比容量取140mAh/g，負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量比容量取300mAh/g。


N=(T-0.2)/0.35±1(6)


注：計(jì)算時(shí)N取整，并根據(jù)面密度的值來調(diào)整N。


S極片=Lp×Wp(7)


C設(shè)=C正比×S極片×N×ρ正×η正(8)


C負(fù)=C設(shè)×υ(9)


=C負(fù)比×S極片×N×ρ負(fù)×η負(fù)(10)


其中：


S極片—單個(gè)極片的面積;


C正比—正極活性物質(zhì)的質(zhì)量比容量，一般取值140mAh/g;


η正—正極活性物質(zhì)的百分含量;


ρ正—正極極片的雙面面密度(g/m2);


C負(fù)—負(fù)極的設(shè)計(jì)容量;


υ—負(fù)極容量過剩系數(shù)，一般常規(guī)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(fù)比—負(fù)極活性物質(zhì)的質(zhì)量比容量，一般取值300mAh/g;


η負(fù)—負(fù)極活性物質(zhì)的百分含量;


ρ負(fù)—負(fù)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(zhì)的性能發(fā)揮，涂布后的極片要進(jìn)行適當(dāng)軋片，一般根據(jù)材料的壓實(shí)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(shí)密度



材料壓實(shí)密度/g/m3


正極材料3.50~3.90


國(guó)產(chǎn)負(fù)極材料BF1.45~1.65


進(jìn)口負(fù)極材料MCMB1.60~1.80


隔膜尺寸的確定


現(xiàn)在使用的隔膜的規(guī)格一般為厚度0.020mm、0.022mm的，隔膜的長(zhǎng)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(zhǎng)度，范圍為2.0~4.0mm，一般取3.0mm.


包裝袋的設(shè)計(jì)


1、槽深設(shè)計(jì)


根據(jù)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(fù)+T隔膜(13)


=h正×N正+2h單+h負(fù)×N負(fù)+h隔膜×(N負(fù)+1)×2(14)


H=T'±0.1(15)


2、包裝袋膜腔長(zhǎng)度的確定


膜腔的長(zhǎng)度與電芯的長(zhǎng)度有以下關(guān)系：


膜腔長(zhǎng)度=電芯長(zhǎng)度-A(16)


注：參數(shù)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(guān)系：


膜腔寬度=電芯寬度-B(17)


B—系數(shù)，一般取值1.0~1.2mm.


電解液量的確定


根據(jù)電池的設(shè)計(jì)容量確定電解液的加入量M


M=C設(shè)÷ξ(18)


其中：


ξ—一般為250~300，單位mAh/g.


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