盘点在电池设计中锂离子电池的常用设计公式

叠片式聚合物锂离子电池设计规范

设计容量

为保证电池设计的可靠性和使用寿命，根据客户需要的最小容量来确定设计容量。

设计容量(mAh)= 要求的最小容量×设计系数 (1)

设计系数一般取1.03~1.10。

极片尺寸设计

根据所要设计电池的尺寸，确定单个极片的长度、宽度。

极片长度Lp：

Lp = 电池长度-A-B (2)

极片宽度Wp：

Wp = 电池宽度-C (3)

包尾极片的长度Lp′：

Lp′= 2Lp+ T'-1.0 (4)

包尾极片的宽度Wp′：

Wp′= Wp-0.5 (5)

其中：

A — 系数，取值由电池的厚度T决定，当

(1) T≤3mm时，对于常规电芯A一般取值4.5mm，大电芯一般取值4.8mm;

(2) 3mm

(3) 4mm

(4) 5mm

B — 间隙系数，一般取值范围为3.6~4.0mm;

C — 取值范围一般为2.5~2.6mm(适用于双折边);

T'— 电芯的理论叠片厚度

极片数、面密度的确定：

确定极片的数量N，并根据电池的设计容量来确定电极的面密度，电池的设计容量一般由正极容量决定，负极容量过剩。在进行理论计算时，一般正极活性物质的质量比容量取140mAh/g，负极活性物质的质量比容量取300mAh/g。

N =(T-0.2)/0.35±1 (6)

注：计算时N取整，并根据面密度的值来调整N。

S极片 = Lp×Wp (7)

C设 = C正比×S极片×N×ρ正×η正 (8)

C负 = C设×υ (9)

= C负比×S极片×N×ρ负×η负 (10)

其中：

S极片 — 单个极片的面积;

C正比 — 正极活性物质的质量比容量，一般取值140mAh/g;

η正 — 正极活性物质的百分含量;

ρ正 — 正极极片的双面面密度(g/m2);

C负 — 负极的设计容量;

υ — 负极容量过剩系数，一般常规电池取值1.00~1.06;DVD电池以及容量大于2000mAh的取值1.05~1.12;

C负比 — 负极活性物质的质量比容量，一般取值300mAh/g;

η负 — 负极活性物质的百分含量;

ρ负 — 负极极片的双面面密度(g/m2);

极片厚度的确定：

为保证极片中活性物质的性能发挥，涂布后的极片要进行适当轧片，一般根据材料的压实密度来确定不同面密度的极片的轧片厚度。

表1. 不同材料的压实密度

材料压实密度/g/m3

正极材料3.50~3.90

国产负极材料BF1.45~1.65

进口负极材料MCMB1.60~1.80

隔膜尺寸的确定

现在使用的隔膜的规格一般为厚度0.020mm、0.022mm的，隔膜的长度Ls、宽度Lt由以下公式确定：

Ls = (Wp+0.5)×(2×N+2) (11)

Lt = Lp+Ψ (12)

其中：

Ψ — 隔膜宽超出极片的长度，范围为2.0~4.0mm，一般取3.0mm.

包装袋的设计

1、槽深设计

根据叠片后电芯的厚度T'确定铝塑包装膜的槽深H，为避免铝塑包装膜的二次拉伸，冲槽深度原则上等于叠片后电芯的厚度。

T'= T正+T负+T隔膜 (13)

= h正×N正+2h单+h负×N负+h隔膜×(N负+1)×2 (14)

H = T'±0.1 (15)

2、包装袋膜腔长度的确定

膜腔的长度与电芯的长度有以下关系：

膜腔长度 = 电芯长度-A (16)

注：参数A的确定参见公式(2).

3、包装袋膜腔宽度的确定

膜腔的宽度与电芯的宽度有以下关系：

膜腔宽度 = 电芯宽度-B (17)

B—系数，一般取值1.0~1.2mm.

电解液量的确定

根据电池的设计容量确定电解液的加入量M

M = C设÷ξ (18)

其中：

ξ— 一般为250~300，单位mAh/g.