锂离子电池设计原则和软包卷绕电池电化学设计
一、锂离子电池设计原则
1.1 安全 在产品设计中，必须尽可能的消除任何危害终端客户人身和财产安全的隐患。
1.2 客户需求 满足客户为第一准则，项目负责人必须经常与客户流通，了解其对产品的使用体验。
1.3 成本 在不影响客户使用效果的前提下，降低成本是对公司和客户负责的体现。
1.4 法规 产品必须遵守本国和产品消费国之相关法律法规。
二、电化学设计部分 2.1 正极配方
2.2 负极配方
2.3 面密度/克容量/压实密度设计
2.4 负极余量设计 负极容量余量：因为负极从开始形成sei膜到循环的修复sei等反应，需要不断消耗锂离子，所以负极需要设定一定的损耗余量。
2.5 电池容量设计
电池设计容量余量：因为操作、设备等原因，同一批次的电池容量会呈正态分布，为保证整个容量分布基本处于标称容量以上，需要设定设计余量。
2.6 电解液类型选择
根据客户不同的使用环境和习惯，电池有各种不同的分类，这些电池分类中使用的电解液主要特性也各不相同：
（1）高温型：85度12h储存测试满足行业要求，用于有高温要求的gps产品；
（2）普通型：70度12h储存测试满足行业要求，放电平台比较高，用于mid产品；
（3）低成本型：满足0.5c循环300周容量保持80%的要求，用于移动电源等低成本产品；
（4）高电压电解液：满足4.35v-4.40v使用，放电平台比要求较高，高电压电池产品；
（5）低温型：-40度0.2c放电容量比大于50%，用于低温环境使用产品；
（6）高倍率型：满足20c以上倍率放电要求，用于无人机、启动电源等产品。
2.7 电解液配方
（1）锂盐：当前锂离子电池行业中主要采用lipf6 作为锂盐，其浓度一般为0.8～1.2mol/l；
（2）溶剂:一般为二元或三元组分，成分为ec/dec/pc/emc/dmc等，含量为90%～95%；
（3）添加剂：分为成膜添加剂、防过充添加剂、低温添加剂、增强导电性添加剂，含量为5%～10%；
（4）参数要求： 密度:1.1～1.2g/cm3 电导率: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 隔膜材质:单层或者多层的pe、pp 厚度规格:12um～30um
2.9 外包装——铝塑膜
铝塑膜主要厚度：88um/113um/122um/153um几种厚度规格。 铝塑膜主要结构为三层nylon/al/cpp,以及2层粘接剂；其中nylon:20um左右，al层40um左右，剩下的厚度为cpp厚度。
三、结构设计部分 3.1 型号确定
电池型号主要受限于使用设备内放置电池部位的空间，还需要考虑电池使用过程中的膨胀问题。 本部分以p455268/2500ah为例说明电池的结构设计： 型号:p455268 标称容量:2500mah 尺寸: 厚max4.5mm，宽max52.0mm，长max68.0mm
3.2 铝塑膜包装壳 冲坑长（外坑）= 电池长度 - 顶封边宽度 - 偏差系数c
偏差系数c: 长度方向由于各种误差所产生的系数,需要减掉才能保证电池不超长; 单坑电池：c=1.0mm； 双坑电池：c=1.5mm；
冲坑宽（内坑） = 电池宽度 - 折边宽度c 折边宽度c：电池折边需要占用的宽度空间 电池厚度t≤2.8mm时，c = 2.5mm 2.8mm＜电池厚度t≤3.5mm时，c=2.0mm 电池厚度t＞3.5mm时， c=1.5mm 此类电池为单折边，若制程能力足够，cmin=1.0mm
冲壳深（单坑）= 卷芯厚度 - 0.2mm 冲壳深（双坑）= 卷芯厚度mm (两坑相加之和) 在壳子深度大于5.0mm时建议使用双坑,两坑(正坑和反坑)的深度差1.0mm左右
铝塑膜厚度的选择： 88um铝塑膜： 冲壳深度≤3.0mm，适用于厚度≤3.5mm 的电池
113um铝塑膜： 冲壳深度≤4.0mm，适用于厚度≤5.0mm 单坑电池或厚度≤8.0mm的双坑电池
152um铝塑膜： 冲壳深度≤6.5mm，适用于厚度＞8.0mm 的双坑电池
3.3 隔膜宽度 隔膜宽度 = 铝塑膜冲壳长（外坑）- （0.0～0.5mm）
3.4 极片尺寸设计 负极片宽度 = 隔膜 - d1 正极片宽度 = 负极片宽度 - d2 d1: 负极片宽度与隔膜宽度之间的偏差余量，防止负极片错位超出隔膜范围 一般取2.0～3.0mm d1=2.0mm, 极片长度≤500mm & 极片宽度≤50.0mm d1=2.5mm, 500mm＜极片长度≤1500mm d1=3.0mm, 极片长度＞1500mm d2: 负极片与正极片之间的错位偏差，一般取0.0～2.0mm d2=0.0mm, 电池容量≤200mah d2=1.0mm，极片长度≤500mm & 极片宽度≤50.0mm d2=1.5mm, 500mm＜极片长度≤1000mm d2=2.0mm, 极片长度＞1000mm 正极片长度 = 卷针理论宽度×正极片层数+p1+p2 负极片长度 = 正极片敷料长度×0.5+负极长度余量 卷针理论宽度 = 卷针实际宽度+卷针厚度+参数调整值(0.2～0.5mm) p1：正极片在偶数折的圆弧长度之和 p2：正极片在奇数折的圆弧长度之和--具体计算参考工艺要求 负极长度余量：一般取3.0～5.0mm 3.5 正/负极片面密度计算 ρ负 = ρ正×2s正× r正× c正×e / (2s正× r负× c负)= ρ正× r正× c正×e / (r负× c负) ρ正：正极片单面面密度
ρ负：负极片单面面密度 正极片单面面积 r正 r负 c正 c负t0-2×t) / e /t层 = ( t0：电池设计平均厚度 t：铝塑膜厚度 t层：单层厚度 m：正极片厚度 n：负极片厚度 l：隔膜厚度 e：电池膨胀系数 3.7 隔膜长度 隔膜长度=负极片长度×2+卷针宽度×2+40mm余量 3.8 电池厚度估算 电池厚度=ta×ea×la+tc×ec×lc+tm×lm+tal×2 ta：正极片辊压厚度 ea：正极片膨胀率 la：正极片层数 tc：负极片辊压厚度 ec：负极片膨胀率 lc:负极片层数 tm：隔膜厚度 lm：隔膜层数 tal：铝塑膜厚度
四.结语
本设计规范仅供参考，其中的一些系数需要结合实际情况加以修正。 对于锂离子电池技术来说，以上介绍只是一个很小的方面，为了能做出好的电池，我们需要统筹考虑电池设计和生产中的人、机、料、法、环各个因素，并把这些因素引入过程的每个细节之中。
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2.4 负极余量设计 负极容量余量：因为负极从开始形成sei膜到循环的修复sei等反应，需要不断消耗锂离子，所以负极需要设定一定的损耗余量。
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电池设计容量余量：因为操作、设备等原因，同一批次的电池容量会呈正态分布，为保证整个容量分布基本处于标称容量以上，需要设定设计余量。
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根据客户不同的使用环境和习惯，电池有各种不同的分类，这些电池分类中使用的电解液主要特性也各不相同：
（1）高温型：85度12h储存测试满足行业要求，用于有高温要求的gps产品；
（2）普通型：70度12h储存测试满足行业要求，放电平台比较高，用于mid产品；
（3）低成本型：满足0.5c循环300周容量保持80%的要求，用于移动电源等低成本产品；
（4）高电压电解液：满足4.35v-4.40v使用，放电平台比要求较高，高电压电池产品；
（5）低温型：-40度0.2c放电容量比大于50%，用于低温环境使用产品；
（6）高倍率型：满足20c以上倍率放电要求，用于无人机、启动电源等产品。
2.7 电解液配方
（1）锂盐：当前锂离子电池行业中主要采用lipf6 作为锂盐，其浓度一般为0.8～1.2mol/l；
（2）溶剂:一般为二元或三元组分，成分为ec/dec/pc/emc/dmc等，含量为90%～95%；
（3）添加剂：分为成膜添加剂、防过充添加剂、低温添加剂、增强导电性添加剂，含量为5%～10%；
（4）参数要求： 密度:1.1～1.2g/cm3 电导率: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 隔膜材质:单层或者多层的pe、pp 厚度规格:12um～30um
2.9 外包装——铝塑膜
铝塑膜主要厚度：88um/113um/122um/153um几种厚度规格。 铝塑膜主要结构为三层nylon/al/cpp,以及2层粘接剂；其中nylon:20um左右，al层40um左右，剩下的厚度为cpp厚度。
三、结构设计部分 3.1 型号确定
电池型号主要受限于使用设备内放置电池部位的空间，还需要考虑电池使用过程中的膨胀问题。 本部分以p455268/2500ah为例说明电池的结构设计： 型号:p455268 标称容量:2500mah 尺寸: 厚max4.5mm，宽max52.0mm，长max68.0mm
3.2 铝塑膜包装壳 冲坑长（外坑）= 电池长度 - 顶封边宽度 - 偏差系数c
偏差系数c: 长度方向由于各种误差所产生的系数,需要减掉才能保证电池不超长; 单坑电池：c=1.0mm； 双坑电池：c=1.5mm；
冲坑宽（内坑） = 电池宽度 - 折边宽度c 折边宽度c：电池折边需要占用的宽度空间 电池厚度t≤2.8mm时，c = 2.5mm 2.8mm＜电池厚度t≤3.5mm时，c=2.0mm 电池厚度t＞3.5mm时， c=1.5mm 此类电池为单折边，若制程能力足够，cmin=1.0mm
冲壳深（单坑）= 卷芯厚度 - 0.2mm 冲壳深（双坑）= 卷芯厚度mm (两坑相加之和) 在壳子深度大于5.0mm时建议使用双坑,两坑(正坑和反坑)的深度差1.0mm左右
铝塑膜厚度的选择： 88um铝塑膜： 冲壳深度≤3.0mm，适用于厚度≤3.5mm 的电池
113um铝塑膜： 冲壳深度≤4.0mm，适用于厚度≤5.0mm 单坑电池或厚度≤8.0mm的双坑电池
152um铝塑膜： 冲壳深度≤6.5mm，适用于厚度＞8.0mm 的双坑电池
3.3 隔膜宽度 隔膜宽度 = 铝塑膜冲壳长（外坑）- （0.0～0.5mm）
3.4 极片尺寸设计 负极片宽度 = 隔膜 - d1 正极片宽度 = 负极片宽度 - d2 d1: 负极片宽度与隔膜宽度之间的偏差余量，防止负极片错位超出隔膜范围 一般取2.0～3.0mm d1=2.0mm, 极片长度≤500mm & 极片宽度≤50.0mm d1=2.5mm, 500mm＜极片长度≤1500mm d1=3.0mm, 极片长度＞1500mm d2: 负极片与正极片之间的错位偏差，一般取0.0～2.0mm d2=0.0mm, 电池容量≤200mah d2=1.0mm，极片长度≤500mm & 极片宽度≤50.0mm d2=1.5mm, 500mm＜极片长度≤1000mm d2=2.0mm, 极片长度＞1000mm 正极片长度 = 卷针理论宽度×正极片层数+p1+p2 负极片长度 = 正极片敷料长度×0.5+负极长度余量 卷针理论宽度 = 卷针实际宽度+卷针厚度+参数调整值(0.2～0.5mm) p1：正极片在偶数折的圆弧长度之和 p2：正极片在奇数折的圆弧长度之和--具体计算参考工艺要求 负极长度余量：一般取3.0～5.0mm 3.5 正/负极片面密度计算 ρ负 = ρ正×2s正× r正× c正×e / (2s正× r负× c负)= ρ正× r正× c正×e / (r负× c负) ρ正：正极片单面面密度
ρ负：负极片单面面密度 正极片单面面积 r正 r负 c正 c负t0-2×t) / e /t层 = ( t0：电池设计平均厚度 t：铝塑膜厚度 t层：单层厚度 m：正极片厚度 n：负极片厚度 l：隔膜厚度 e：电池膨胀系数 3.7 隔膜长度 隔膜长度=负极片长度×2+卷针宽度×2+40mm余量 3.8 电池厚度估算 电池厚度=ta×ea×la+tc×ec×lc+tm×lm+tal×2 ta：正极片辊压厚度 ea：正极片膨胀率 la：正极片层数 tc：负极片辊压厚度 ec：负极片膨胀率 lc:负极片层数 tm：隔膜厚度 lm：隔膜层数 tal：铝塑膜厚度
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