铝壳锂离子电池设计

一、铝壳锂离子电池设计的内容

铝壳锂离子电池设计包括：1、五金设计   2、电芯设计

五金设计包括：1、铝壳尺寸设计  2、盖帽尺寸设计

电芯设计包括：1卷针尺寸设计  2、极片尺寸设计  3、隔膜尺寸设计

4、正负极负料设计  5、刮粉位、留粉位尺寸确定   6、极耳尺寸设计

7、注液量设计  8、其他辅助设计：胶纸尺寸等。

二、五金件设计

1、电池尺寸参数

厚度Hο、宽度Wο\高度Lο

2、铝壳尺寸设计

1.1铝壳尺寸参数：外厚H外、外宽W外、外高L外、正壁厚、侧壁厚、底厚、内厚H内、内宽W内、内高L内

1.2铝壳尺寸参数设计：

H外=H0-（0.2～0.4）mm；W外=W0-（0.2~0.3）mm；L外=L0-（1.0~1.5）mm；正壁厚=（0.2~0.4）mm；侧壁厚=（0.3~0.4）mm；底厚=（0.5~0.6）mm。H内=H外-2*正壁厚；W内=W外-2*侧壁厚；L内=L外-底厚                                                                                                                                                                       

1.3盖帽尺寸参数：长度、宽度、厚度、铆钉位置、铆钉尺寸、边缘、连接片宽度、连接片长度、密封圈尺寸等。

1.4盖帽尺寸参数设计（主要由结构工程师根据铝壳尺寸完成）

三、电芯参数设计

1、卷针设计

1.1方卷针厚度=（1.5~2.0）mm；

1.2方卷针宽度≈壳内宽-壳内厚-卷针厚度-C（经验系数，C＞0）；

1.3壳内厚≈卷芯、厚度

1.4圆卷针与方卷针换算：方卷针宽度=（圆卷针直径*π-2*方卷针厚度）/2+C（经验系数）

2、隔膜纸尺寸设计

2.1 隔膜纸宽度=壳内高-（2~2.5）mm=电池高度-（3.5~4）

2.2 隔膜纸长度=2*负极片长度+（16~25）mm（使用圆卷针时此值要大于使用方卷针）

2.3 隔膜纸厚度（根据实际情况要求决定）

3、极片尺寸设计

3.1 负极片宽度=隔膜纸宽度-2mm

正极片宽度=负极片宽度-（1~2）mm

3.2 正极片长度=正极片折数*正极片平均折长（试卷，可建公式近似计算）

    负极片长度=负极片折数*负极片平均折长（试卷，可建公式近似计算）

3.3正极片折数≈壳内厚/（0.33~0.35）

   负极片折数=正极片折数-1

3.4正极片厚度=铝箔厚度+附料厚度=铝箔厚度+（面密度/压实密度）

   负极片厚度=铜箔厚度+附料厚度=铜箔厚度+（面密度/压实密度）

4、面密度设计

正极面密度=（正极附料量-（0.05~0.1）g/【正极片长度-1/2*（刮粉位之和）】≈（41~46）mg/cm ²

负极面密度=正极面密度*正极克容量*正极活性物含量*（1.025~1.045）/(负极克容量*负极活性物含量) ≈﹙18~21﹚mg/cm ²

5、附料量设计

      正极附料量=标称容量*（1.035~1.065）/正极克容量/正极活性物含量

6、极耳尺寸设计

       极耳宽度=（3~5）mm；

    正极耳长度≈负极片宽度+电池厚度-C1（经验系数，可建公式近似计算）

    负极耳长度≈负极片宽度+电池厚度-C2（经验系数，可建公式近似计算）

7、刮粉位、留粉位尺寸确定

正极：A=正极耳宽度+（0~0.5）

      B≈方卷针宽度-A-1/2*C

      C=2*F（负极）+（6~10）mm

负极：E=负极耳宽度

      F=E+2mm

8、注液量设计

      注液量=电池设计容量/（310~320）

四、电芯设计需要注意的几个问题

1、电芯厚度

1.1套壳时电芯厚度=（正极厚度+负极厚度+隔膜厚度）*空隙率系数+0.1mm

正极厚度=正极片辊压厚度+烘烤反弹厚度）*（正极片折数-1）+铝箔厚度

隔膜厚度=隔膜规格厚度*负极片折数*2

1.2正面套壳空间

正面套壳空间=铝壳内厚-套壳时电芯厚度≥0

1.3侧面套壳空间

侧面套壳空间=壳内宽—卷针宽度—卷针厚度—套壳时电芯厚度=（0~1）mm

2、电池厚度

   2.1 设计电池厚度=（正极厚度+负极厚度+隔膜厚度）*空隙率系数+2*壳正壁厚

       正极厚度=（正极片辊压厚度+分容后反弹厚度）*（正极片折数-1）+铝箔厚度

       负极厚度=（负极片面密度/分容后压实密度）*负极片折数+铜箔厚度

隔膜厚度=隔膜规格厚度*负极片折数*2

   2.2  电池厚度空间

       电池厚度空间=电池厚度规格上限-设计电池厚度=（0.2~0.5）mm

3、电池空隙率

          3.1 电池空隙率=（铝壳内部空间-正极所占空间-负极所占空间-铜箔铝箔所占空间-隔膜纸所占空间）/铝壳内部空间

              铝壳内部空间=壳内高*壳内宽*壳内厚

              正极所占空间=正极附料量/正极真实密度

              负极所占空间=负极料量/负极实密度

              铜箔所占空间=铜箔长度*铜箔宽度*铜箔厚度

              铝箔所占空间=铝箔长度*铝箔宽度*铝箔厚度

              隔膜纸所占空间=隔膜纸长度*隔膜纸宽度*隔膜纸厚度

          3.2 注液系数

             注液系数=注液量/电解液密度/（铝壳内部空间*电池空隙率）≈（0.7~0.9）