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手艺 | 一文看懂锂离子动力电池设想要求
公布工夫:2019-1-18 8:38:24      点击次数:105

    1.1动力电池设想的基本原则

      动力电池设想,就是凭据用电装备的要求,为装备供应事情电源或动力电源。因而,动力电池设想起首必需凭据用电装备需求及电池的特性,肯定电池的电极、电解液、隔阂、外壳和其他部件的参数,对工艺参数停止优化,并将它们构成有肯定规格和目标(如电压、容量、体积和重量等)的电池组。动力电池设想是不是公道,关系到电池的运用机能,必需尽量使其到达设想最优化。

     1.2  动力电池的设想要求

      动力电池设计时 ,必需相识用电装备具对电池性能指标及电池运用前提,一样平常应思索以下几个方面 :

  1. 电池事情电压;

  2. 电池事情电流,即一般放电电流和峰值电流;

  3. 电池工作时间,包孕一连放电工夫、运用限期或轮回寿命;

  4. 电池事情情况,包孕电池事情情况及环境温度;

  5. 电池最大许可体积。


       锂离子动力电池因为其具有优秀的机能,运用局限愈来愈广,偶然要应用于一些特别场所,因此借有一些特殊要求,如耐打击、振动、耐下高温、低气压等。在思索上述基本要求时,同时借应思索质料泉源、电池特性的决意身分、电池机能、电池制造工艺、手艺经济剖析和环境温度。


                                      


    1.3评价动力电池机能的重要目标 

      动力电池机能一样平常经由过程以下几个方面去评价:

  1. 容量。电池容量是指在 肯定放电条件下,能够从电池得到的电量,即电流对工夫的积分,一样平常用 Ah 示意,它间接影响电池的最大事情电流和工作时间。

  2. 放电特性和内阻。电池放电特性是指电池在肯定的放电轨制下,其事情电压 的安稳性,电压平台的上下和大电流放电机能等,它注解电池带负载的才能。电池内阻包孕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其显着。

  3. 工作温度局限。用电装备的事情情况和运用前提要求电池在特定的温度范围内有优越的机能。

  4. 贮存机能。电池贮存一段时间后,会果某些身分的影响使机能发作转变,致使电池自放电,电解液走漏 ,电池短路等。

  5. 轮回机能。轮回寿命是指 二次电池根据肯定的轨制停止充放电,其机能衰减 到某一水平时轮回次数 ,它重要影响电池的使用寿命

    平安机能。重要是指电池在滥用的条件下电池的平安机能怎样 ,滥用前提重要包孕过充电、短路、针刺、挤压、热箱、重物打击、振动等,抗滥用机能的优劣是决意电池可否大量运用的主要前提。


      2. 锂离子动力电池的设想根基步调

      动力电池设想重要包孕参数盘算和工艺指定,具体步骤以下:

      2.1、 肯定组组合电池中单体数量,单体电池事情电压取事情密度

  1. 单体电池数量         

       2.肯定单体电池事情电压取事情电流密度

      凭据选定系列电池的伏安曲线,肯定单电池的事情电压取事情电流密度,同时应思索工艺的影响,如电极构造型式的影响。

      2.2、盘算电极总面积和电极数量:

  1. 凭据要求的事情电流和选定的事情电流密度,盘算电极总面积

  2. 凭据要求的电池形状最大尺寸,选择适宜的电极尺寸,盘算电极数量.


                                


      2.3、 盘算电池容量:

  1. 额定容量             额定容量=事情电流*工作时间

  2. 设想容量

      为了包管电池的可靠性和寿命,一样平常设想容量比额定容量下 10%~20 %。

      设想容量(Ah)= (1.1~ 1.2) 额定容量

      2.4、盘算电池正、负极活性物资用量:

  1. 盘算掌握电极的活性物资用量

    凭据掌握电极的活性物资的电化当量、设想容量和活性物资利用率去盘算单体电池中掌握电极的物资用量。关于锂离子动力电池而言,从平安机能和本钱等果向来思索,一样平常均接纳正极质料作为掌握电极的活性物资。

  2. 盘算非掌握电极的活性物资用量

  3.  单体电池中非掌握电极活性物资的用量,应凭据掌握电极活性物资的用量去定,为了包管电池有较好的机能,一样平常应过量,一般与过剩系数为1~2 之间。 锂离子动力电池一般接纳碳负极质料过剩,过剩系数与1.1。

      2.5、  盘算正、负极的均匀厚度:

  1. 盘算每片电极物资用量

  2. 每片电极厚度

      2.6 、隔阂的选择:

     锂离子电池常常用的隔阂有单层 PE、双层PP/PE 和三层 PP/PE/PP 等微孔膜 ,厚度有25μm、35μm和40μm等几种规格,可凭据电池的现实需求选择。

      2.7、肯定电解液的浓度及用量:

      凭据选定的电池系列特性 ,联合详细设想电池的运用前提 (如事情电流、工 做温度等)或凭据履历数据去肯定电解液的构成、浓度和用量。

      2.8、 肯定电池的装配 等到单体电池壳体尺寸:

      电池的装配比凭据所选定的电池特性及设想电池的极片质料 、厚度等状况去肯定,一样平常掌握在80%~90%。凭据用电装备对电池的要求选定电池后,再凭据电池壳体质料的物理性能取机械性能 ,肯定电池壳体的宽度、长度及壁薄、有没有平安保护装置等。

   3. 锂离子动力电池的设想举例

     本设想是凭据公司市场部提出的要求 ,联合实际情况去做的。客户详细要 供为 : 要求供应 8Ah 25V 锂离子动力电池组 ,有两个体积雷同的壳体 ,壳体内 部尺寸为 :133mm X 95mmX 65mm,要求电池的用极柱衔接,一般事情电流 3A。详细设想步调以下:

3.1 单体电池数量:

     锰酸锂动力电池事情电压为 3.7V,要组装 25V 的电池组需求 7块单体电池。

     3.2 电池容量设想:

     C设=C额*k1

     式中 C设逐一电池设想容量;

     C额逐一电池额定容量,8.0Ah;

      k1逐一电池设想安全系数 ,一样平常与 1.1~ 1.2。

      在此处与 平易近为 1.1, 则C设=8.0X 1.1=8.8Ah

     3.3 电池尺寸设想:

     凭据电池组壳体的尺寸, 联合所需电池的数量,接纳一个壳体放 4 块电池, 另一个壳体放3块电池 ,单体电池的内部尺寸为: 130mmX 60mmX 22.5mm(含极柱),电池壳体内部尺寸: 120mmX 60mmX 22.5mm。思索动力电池对平安机能 的要求对照下,在盖板上预留出一个防爆孔作为气馁装配 ,防备泛起非常状况时电池爆炸。

      3.4 极全面密度设想:

      一般锰酸锂正极活性物资的比容量为90mAh/g ,碳负极活性物资的比容量330mAh/g,本设想按负极过量10%盘算,因而正负极活性物资用量离别为 :

W+=8800/90=97.8  W-=8800*(1+10%)/330=29.3g

      联合实行数据和现实履历,在锰酸锂动力电池中,正极里密度一样平常为440g/m2 ,与之响应的负极里密度为 145g/m2 。

      3.5 极片高度设想:

      在思索极片高度时应注重以下几个方面: 极片上部应有肯定的空间,以便防充电时电池内压的增高 ,同时也为栓接留出充足的 空间,一般负极高度比正极下 2~4mm,隔阂高度比负极下 2~4mm。综合上述身分,联合电池壳体的尺寸,肯定电池的正极极片高度为102mm,负极极片高度为106mm,隔阂高度为110mm。

      3.6 极片长度的盘算:

      正极活性物资含量为92% ,则极片长度为:L =27.8/0.92/442/0.102 =2.369m

      结合实际操纵需求,思索将正极分红四段,每段料区长度为 600mm,为焊接极耳需求,借需留出肯定的空缺地区,此处拔取空缺地区为15mm; 考虑到负极极片要完整包裹正极,此处选定负极短片料区长度为610mm,空白铜馅长度需凭据现实需求肯定。

      3.7 极片厚度肯定:

      联合实行数据和实际操作履历,锰酸锂正极质料的压真密度在2.6阁下,石墨碳粉的压真密度在1.5 阁下,则本设想中的正极极片厚度在185μm 阁下 ,负极极片厚度在110μm 阁下。

      3.8 卷针的设想:

      动力电池的卷针凭据电池的型状差别可分为圆形卷针、方形卷针和卵形卷针。因为本设想的电池是方形电池,故接纳方形卷针,凭据电池详细尺, 结合实际履历,肯定卷针的宽度为 40mm,厚度1mm。

       3.9 隔阂的尺寸肯定:

      隔阂的长度一般为负极的2倍,宽度比极片高度少2~4mm,联合动力电池对平安机能的要求,本设想选用厚度35μm的三层 PP/PE/PP隔阂。

       3.10 电解液确实定:

       现在锂离子动力电池一般接纳1mol/L的LiPF3/EC-DMC-EMC(1:1:1),钴酸锂动力电池用量为3.5~4g/Ah, 而镜酸鲤动力电池用量5.5~6g/Ah。

       4.简朴结论:

        以上是对本人四年来在钴酸锂动力电池设想方面工作经验的简朴总结,扼要引见了键离子动力电池的设想基本原则、设想要求和主要性能评价目标,拔取 8Ah 钴酸锂动力电池为例,具体引见了组离子动力电池设想具体步骤和需求注重的事项,为键离子动力电池的设想供应参考根据。上述设想思绪只是动力电池设想中的一些基本思路,在产业上设想详细电池时,借应凭据用户的具体要求和本单元的本身前提、原材料的状态和装备取原材料的配套状况等身分,对设想参数停止恰当的调解,然后经由过程详细实行数据对设想进一步优化, 进步动力电池的综合机能和低落生产成本,使设想消费的动力电池在市场上具 有很好的竞争能力。

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