锂离子电池设计[1].ppt

锂离子电池设计 产品信息 确定串并联方式 确定保护板、充电器、电池盒、连接线/片 确定单体容量及尺寸 选择电芯类型 材料选择 结构设计 确定设计方案 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 软包、铝壳、方型钢壳、圆柱钢壳 卷绕、叠片结构 电芯设计 设计思路 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（负极为石墨） 克容量（mAh/g） 压实密度（g/cm3) 热稳定性 镍酸锂 3.6V 150～200 ～3.3 ★ 钴酸锂 3.7V ～140 ～3.9 ★ ★ 锰酸锂 3.7V ～100 2.8～3.0 ★ ★ ★ ★ 镍钴锰酸锂（1:1:1） 3.6V ～135 ～3.5 ★ ★ ★ 磷酸铁锂 3.2V ～135 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 BTR-818 Physical Particle Size (D10)(μm) 6.7 10.8 Particle Size (D50)(μm) 14.5 18.0 Particle Size (D90)(μm) 28.9 29.8 BET (m2/g) 1.23 1.39 Design density (g/cm3) ~1.5 ~1.6　 Chemical Discharge capacity (mAh/g) 346 363 First Efficiency(%) 90.4 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 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 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 Pocket内坑尺寸(L、W) 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 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 正负极极片宽度(W) 负极W: 正常情况下，负极极片宽度比隔离膜宽度小2mm 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 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) Cell Drawing Dimension 电芯尺寸设计 Pocket内坑设计 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 R0.6 隔离膜宽度 隔膜宽度= pocket内坑长度+0.5~0.6mm 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。 顶封区 阳极 隔离膜 倒角0.6 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3.0