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叠片式聚合物锂离子电池设计规范

发布时间:2011-4-29 点击:3916 字体大小: 返回

叠片式聚合物锂离子电池设计规范

1.      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。

2.      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<T≤4mm时,对于常规电芯A一般取值4.8mm,大电芯一般取值5.0mm;

(3)    4mm<T≤5mm时,对于常规电芯A一般取值5.0mm,大电芯一般取值5.2~6.0mm;

(4) 5mm<T≤6mm时,对于常规电芯A一般取值5.2mm, 大电芯一般取值5.4~6.0mm。

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,T'的确定见6.1节.

图1.双面极片、单面正极包尾极片示意图

3. 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);

4. 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BF

1.45~1.65

进口负极材料MCMB

1.60~1.80

5. 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.

6. 包装袋的设计

6.1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)

注:以上计算针对单冲槽槽深设计,目前只能满足冲槽深度≤4.2mm的,对于4.2~5.0mm槽深的要依据生产上所能达到的实际尺寸。

其中:

T正   — 正极片的总厚度;

T负   — 负极片的总厚度;

T隔膜 — 叠成电芯后隔膜的总厚度,隔膜的厚度一般为0.020/0.022mm;

h正   — 正极片(双面)轧片后的厚度;

h单   — 正极单面极片轧片后的厚度;

h负   — 负极片(双面)轧片后的厚度;

N负   — 负极片的数量;

h隔膜 — 隔膜的厚度.

6.2 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).

6.3 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.

7. 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.

备注:转自锂电动力网

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