本文介紹了軟包卷繞電池的電化學(xué)設(shè)計和一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
一、鋰離子電池設(shè)計原則
1.1 安全
在產(chǎn)品設(shè)計中，必須盡可能的消除任何危害終端客戶人身和財產(chǎn)安全的隱患。
1.2 客戶需求
滿足客戶為第一準則，項目負責(zé)人必須經(jīng)常與客戶流通，了解其對產(chǎn)品的使用體驗。
1.3 成本
在不影響客戶使用效果的前提下，降低成本是對公司和客戶負責(zé)的體現(xiàn)。
1.4 法規(guī)
產(chǎn)品必須遵守本國和產(chǎn)品消費國之相關(guān)法律法規(guī)。
二、電化學(xué)設(shè)計部分
2.1 正極配方
2.2 負極配方
2.3 面密度/克容量/壓實密度設(shè)計
2.4 負極余量設(shè)計
負極容量余量：因為負極從開始形成SEI膜到循環(huán)的修復(fù)SEI等反應(yīng)，需要不斷消耗鋰離子，所以負極需要設(shè)定一定的損耗余量。
2.5 電池容量設(shè)計
電池設(shè)計容量余量：因為操作、設(shè)備等原因，同一批次的電池容量會呈正態(tài)分布，為保證整個容量分布基本處于標(biāo)稱容量以上，需要設(shè)定設(shè)計余量。
2.6 電解液類型選擇
根據(jù)客戶不同的使用環(huán)境和習(xí)慣，電池有各種不同的分類，這些電池分類中使用的電解液主要特性也各不相同：
（1）高溫型：85度12h儲存測試滿足行業(yè)要求，用于有高溫要求的GPS產(chǎn)品；
（2）普通型：70度12h儲存測試滿足行業(yè)要求，放電平臺比較高，用于MID產(chǎn)品；
（3）低成本型：滿足0.5C循環(huán)300周容量保持80%的要求，用于移動電源等低成本產(chǎn)品；
（4）高電壓電解液：滿足4.35V-4.40V使用，放電平臺比要求較高，高電壓電池產(chǎn)品；
（5）低溫型：-40度0.2C放電容量比大于50%，用于低溫環(huán)境使用產(chǎn)品；
（6）高倍率型：滿足20C以上倍率放電要求，用于無人機、啟動電源等產(chǎn)品。
2.7 電解液配方
（1）鋰鹽：當(dāng)前鋰離子電池行業(yè)中主要采用LiPF6 作為鋰鹽，其濃度一般為0.8～1.2mol/L；
（2）溶劑:一般為二元或三元組分，成分為EC/DEC/PC/EMC/DMC等，含量為90%～95%；
（3）添加劑：分為成膜添加劑、防過充添加劑、低溫添加劑、增強導(dǎo)電性添加劑，含量為5%～10%；
（4）參數(shù)要求：
密度:1.1～1.2g/cm3
電導(dǎo)率:6.0～9.0mS/cm(普通型)，10.0～14.0mS/cm(倍率型)
水份含量:≤20ppm
HF含量: ≤20ppm
2.8 隔膜
隔膜材質(zhì):單層或者多層的PE、PP
厚度規(guī)格:12um～30um
2.9 外包裝——鋁塑膜
鋁塑膜主要厚度：88um/113um/122um/153um幾種厚度規(guī)格。
鋁塑膜主要結(jié)構(gòu)為三層Nylon/Al/CPP,以及2層粘接劑；其中Nylon:20um左右，Al層40um左右，剩下的厚度為CPP厚度。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計部分
3.1 型號確定
電池型號主要受限于使用設(shè)備內(nèi)放置電池部位的空間，還需要考慮電池使用過程中的膨脹問題。
本部分以P455268/2500Ah為例說明電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計：
型號:P455268 標(biāo)稱容量:2500mAh
尺寸: 厚max4.5mm，寬max52.0mm，長max68.0mm
3.2 鋁塑膜包裝殼
沖坑長（外坑）= 電池長度 - 頂封邊寬度 - 偏差系數(shù)C
偏差系數(shù)C: 長度方向由于各種誤差所產(chǎn)生的系數(shù),需要減掉才能保證電池不超長;
單坑電池：C=1.0mm；
雙坑電池：C=1.5mm；
沖坑寬（內(nèi)坑） = 電池寬度 - 折邊寬度C
折邊寬度C：電池折邊需要占用的寬度空間
電池厚度T≤2.8mm時，C = 2.5mm
2.8mm＜電池厚度T≤3.5mm時，C=2.0mm
電池厚度T＞3.5mm時， C=1.5mm
此類電池為單折邊，若制程能力足夠，Cmin=1.0mm
沖殼深（單坑）= 卷芯厚度 - 0.2mm
沖殼深（雙坑）= 卷芯厚度mm (兩坑相加之和)
在殼子深度大于5.0mm時建議使用雙坑,兩坑(正坑和反坑)的深度差1.0mm左右
鋁塑膜厚度的選擇：
88um鋁塑膜：
沖殼深度≤3.0mm，適用于厚度≤3.5mm 的電池
113um鋁塑膜：
沖殼深度≤4.0mm，適用于厚度≤5.0mm 單坑電池或厚度≤8.0mm的雙坑電池
152um鋁塑膜：
沖殼深度≤6.5mm，適用于厚度＞8.0mm 的雙坑電池
3.3 隔膜寬度
隔膜寬度 = 鋁塑膜沖殼長（外坑）- （0.0～0.5mm）
3.4 極片尺寸設(shè)計
負極片寬度 = 隔膜 - D1
正極片寬度 = 負極片寬度 - D2
D1: 負極片寬度與隔膜寬度之間的偏差余量，防止負極片錯位超出隔膜范圍
一般取2.0～3.0mm
D1=2.0mm, 極片長度≤500mm & 極片寬度≤50.0mm
D1=2.5mm, 500mm＜極片長度≤1500mm
D1=3.0mm, 極片長度＞1500mm
D2: 負極片與正極片之間的錯位偏差，一般取0.0～2.0mm
D2=0.0mm, 電池容量≤200mAh
D2=1.0mm，極片長度≤500mm & 極片寬度≤50.0mm
D2=1.5mm, 500mm＜極片長度≤1000mm
D2=2.0mm, 極片長度＞1000mm
正極片長度 = 卷針理論寬度×正極片層數(shù)+P1+P2
負極片長度 = 正極片敷料長度×0.5+負極長度余量
卷針理論寬度 = 卷針實際寬度+卷針厚度+參數(shù)調(diào)整值(0.2～0.5mm)
P1：正極片在偶數(shù)折的圓弧長度之和
P2：正極片在奇數(shù)折的圓弧長度之和--具體計算參考工藝要求
負極長度余量：一般取3.0～5.0mm
3.5 正/負極片面密度計算
ρ負 = ρ正×2S正× R正× C正×E / (2S正× R負× C負)= ρ正× R正× C正×E / (R負× C負)
ρ正：正極片單面面密度
ρ負：負極片單面面密度
正極片單面面積 R正 R負 C正 C負T0-2×t) / E /T層 = ( T0：電池設(shè)計平均厚度
t：鋁塑膜厚度
T層：單層厚度
M：正極片厚度
N：負極片厚度
L：隔膜厚度
E：電池膨脹系數(shù)
3.6 隔膜長度
隔膜長度=負極片長度×2+卷針寬度×2+40mm余量
3.7 電池厚度估算
電池厚度=TA×EA×LA+TC×EC×LC+TM×LM+TAl×2
TA：正極片輥壓厚度 EA：正極片膨脹率
LA：正極片層數(shù) TC：負極片輥壓厚度
EC：負極片膨脹率 LC:負極片層數(shù)
TM：隔膜厚度 LM：隔膜層數(shù)
TAl：鋁塑膜厚度
四.結(jié)語
本設(shè)計規(guī)范僅供參考，其中的一些系數(shù)需要結(jié)合實際情況加以修正。
