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锂离子动力电池设计步骤及要求.pdf
锂离子动力电池设计介绍
摘要:本文简要介绍了锂离子动力电池设计的基本原则、设计要求、评价锂离
子动力电池性能的主要指标和锂离子动力电池设计的基本步骤,并结合 8Ah 锰
酸锂动力电池的设计实例,详细介绍了锂离子动力电池设计过程中各主要参数
的确定方法、计算过程以及设计过程中相关细节的注意事项,结合本公司实际
生产能力和生产设备的实际工况,确定了正负极极片分段的设计思路,将正负
极极片分别分为四段,卷成两个电芯,采用内部并联的方式与电池的极柱链接,
成功的解决了生产中极片过长极片不易加工和卷绕不易对齐的难题,为动力电
池的设计提供重要的参考依据。
1 锂离子动力电池的设计基础
1.1 动力电池设计的基本原则
动力电池设计,就是根据用电设备的要求,为设备提供工作电源或动力电
源。因此,动力电池设计首先必须根据用电设备需要及电池的特性,确定电池
的电极、电解液、隔膜、外壳以及其他部件的参数,对工艺参数进行优化,并
将它们组成有一定规格和指标(如电压、容量、体积和重量等) 的电池组。动力电
池设计是否合理,关系到电池的使用性能,必须尽可能使其达到设计最优化。
1.2 动力电池的设计要求
动力电池设计时,必须了解用电设备具对电池性能指标及电池使用条件,
一般应考虑以下几个方面:
1 电池工作电压;
2 电池工作电流,即正常放电电流和峰值电流;
1
3 电池工作时间,包括连续放电时间、使用期限或循环寿命;
4 电池工作环境,包括电池工作环境及环境温度;
5 电池最大允许体积;
锂离子动力电池由于其具有优良的性能,使用范围越来越广,有时要应用
于一些特殊场合,因而还有一些特殊要求,如耐冲击、振动、耐高低温、低气
压等。在考虑上述基本要求时,同时还应考虑材料来源、电池特性的决定因素、
电池性能、电池制造工艺、技术经济分析和环境温度。
1.3 评价动力电池性能的主要指标
动力电池性能一般通过以下几个方面来评价:
1 容量。电池容量是指在一定放电条件下,可以从电池获得的电量,即电流对
时间的积分,一般用Ah 表示,它直接影响电池的最大工作电流和工作时间。
2 放电特性和内阻。电池放电特性是指电池在一定的放电制度下,其工作电压
的平稳性,电压平台的高低以及大电流放电性能等,它表明电池带负载的能
力。电池内阻包括欧姆内阻和电化学电阻,大电流放电时,内阻对放电特性
的影响尤为明显。
3 工作温度范围。用电设备的工作环境和使用条件要求电池在特定的温度范围
内有良好的性能。
4 储存性能。电池储存一段时间后,会因某些因素的影响使性能发生变化,导
致电池自放电,电解液泄漏,电池短路等。
5 循环性能。循环寿命是指二次电池按照一定的制度进行充放电,其性能衰减
到某一程度时循环次数,它主要影响电池的使用寿命。
6 安全性能。主要是指电池在滥用的条件下电池的安全性能如何,滥用条件主
要包括过充电、短路、针刺、挤压、热箱、重物冲击、振动等,抗滥用性能
2
的好坏是决定电池能否大量应用的首要条件。
2. 锂离子动力电池的设计基本步骤
动力电池设计主要包括参数计算和工艺指定,具体步骤如下:
1 确定组组合电池中单体数目,单体电池工作电压与工作密度
① 单体电池数目
单体电池数目= 电池组工作电压
单体电池工作电压
② 确定单体电池工作电压与工作电流密度
根据选定系列电池的伏安曲线,确定单电池的工作电压与工作电流密度,
同时应考虑工艺的影响,如电极结构型式的影响。
2 计算电极总面积和电极数目
① 根据要求的工作电流和选定的工作电流密度,计算电极总面积
电极总面积= 工作电流(mA)
工作电流密度(mA cm2 )
② 根据要求的电池外形最大尺寸,选择合适的电极尺寸,计算电极数目
电极
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