化學電源工藝設計

1、1. 電動自行車用鋰離子電池工藝設計（36V/48V）2.年產(chǎn)2500/2000萬只18650鋰離子電池工藝設計3.年產(chǎn)1500萬只ICP513367鋰電池制片工藝與車間設計4. 手機用聚合物鋰離子電池工藝設計（兩個型號）5.年產(chǎn)2億Ah磷酸鐵鋰動力電池產(chǎn)線設計(兩個電池型號)6. 聚合物鋰離子電池工藝設計（兩個型號）7. 年產(chǎn)2萬只汽車電池組的工藝流程設計（兩個型號）8. 年產(chǎn)3000/ 2000萬只聚合物鋰離子電池制片工藝與車間設計 電池設計就是根據(jù)儀器設備的要求，為其提供具有最佳使用性能的工作電源或動力電源。因此，電池設計首先必須滿足用電器的使用要求，并進行優(yōu)化，使其具有最佳的綜合性能，

2、以此來確定電池的電極、電解液、隔膜、外殼和其它零部件的參數(shù)，并將它們合理搭配，制成具有一定規(guī)格和指標的電池或電池組。 電池設計是為滿足對象（用戶或儀器設備）的要求進行的。因此，在進行電池設計前，首先必須詳盡地了解對象對電池性能指標及使用條件的要求，一般包括以下幾個方面： 電池的工作電壓； 電池的工作電流，即正常放電電流和峰值電流； 電池的工作時間，包括連續(xù)放電時間，使用期限或循環(huán)壽命； 電池的工作環(huán)境，包括電池工作時所處狀態(tài)及環(huán)境溫度； 電池的最大允許體積。 同時還應考慮：材料來源；電池性能；電池特性的決定因素電池工藝；經(jīng)濟指標；環(huán)境問題等方面的因素。一一 電池設計相關參數(shù)電池設計相關參數(shù):型

3、號：電池外殼的尺寸型號：電池外殼的尺寸 433450A 4.3*34*50（mm）容量：電池的容量：電池的1C的放電容量的放電容量 800 mAh面密度：單位面積的敷料重量面密度：單位面積的敷料重量 42mg/cm2克容量克容量 ：單位重量的活性物質(zhì)釋放的容量值：單位重量的活性物質(zhì)釋放的容量值 142mAh/g壓實密度：單位體積的敷料重量壓實密度：單位體積的敷料重量 3.8g/cm3主體材料的選用：主體材料的選用： 正極材料：四高 三穩(wěn) 一保 一低價 1 比容量高 2 電壓高 3 可逆容量高 4 擴散率高 5 平臺穩(wěn) 6 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 7 化學穩(wěn)定 8 環(huán)保 9 便宜負極材料 ： 1 1 比容量高

4、比容量高 2 2 比表面積小比表面積小 振實高振實高 3 3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 4 4 可逆容量高可逆容量高 5 5 電位高電位高 6 6 化學穩(wěn)定性好，化學穩(wěn)定性好， 7 環(huán)保環(huán)保 8 8 便宜便宜1 良好的化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性與電池的正負極活性物質(zhì)和集流體不發(fā)生化學反應;2 比較寬的電化學穩(wěn)定窗口電化學穩(wěn)定窗口（電壓）3 較高的離子電導率離子電導率，較低的電子電導率;4 具有良好的成膜特性成膜特性，在炭負極材料表面形成致密穩(wěn)定的鈍化膜;5 合適的溫度范圍溫度范圍(高沸點一低熔點);6 安全低毒，無環(huán)境污染。安全低毒，無環(huán)境污染。7 便宜便宜1 化學、電化學穩(wěn)定性2 機械性能（刺穿 拉伸）3

5、 反復充放電過程中對電解液保持高度浸潤性，4 隔膜材料與電極之間的界面相容性、5 隔膜對電解質(zhì)的保持性6 閉孔溫度低（120-135）7 熔點要高（大于165）1 過流密度大2 不易氧化3 與電池內(nèi)部物質(zhì)不發(fā)生化學反應電池的設計，最重要的是能符合客戶的要求最重要的是能符合客戶的要求，針對不同的用途，功能，設計出相應的電池。目前常見的電子產(chǎn)品有：藍牙耳機、MP3-MP4、普通手機、3G手機、筆記本、 航模 玩具、電動工具、電動自行車 。對于不同的產(chǎn)品，在其電池的設計上我們可以從幾個方面來考慮：1 安全 無論是用于那方面的電池，首當其充是的安全，確保電池在使用和儲存過程中的安全，不高熱不起火不爆炸

6、。高熱燙傷，起火燒傷，爆炸更危險！ 。2 容量（功率） 即能夠支持電器設備一次持續(xù)工作的時間要求，比如：手機要求一次充電，能使用三天，航模 玩具飛機一次能飛3分鐘等。3 平臺要求 電池一次放電 某一電壓值以上持續(xù)放電的時間，比如：手機電池放電到3.6V后，自動關機，就要求我們的電池3.6V電壓平臺的時間越長越好，在選用正極材料時，會根據(jù)材料的特性來滿足這一要求。 4 使用環(huán)境 電池在不同的使用環(huán)境中，性能的發(fā)揮有很大的影響，比高溫70與低溫-20放出的容量有很大的差距。所以在設計時根據(jù)使用環(huán)境來選擇所需的材料（正極料 電解液等）5 工作時峰值與持續(xù)電流 用電器在不同的工作時間，輸出電流有所不同

7、，因此就得根據(jù)不同的電流值來選用材料，比如：放電電流大的電池，我們在設計時，就得考慮面密度大小 ，電解液種類，極耳數(shù)量 ，點焊點的數(shù)量，極耳種類，引線的過流等等。 6尺寸要求 現(xiàn)在各類普通電子產(chǎn)品都趨向輕而薄的觀念，比如：手機超薄 MP3-MP4也是薄而輕，藍牙耳機更是小。所以在電池的設計上更要求我們開發(fā)一些克比容量高，壓實高的新材料，來滿足產(chǎn)品的需要。7循環(huán)性能 長循環(huán)8 BMS（電源管理系統(tǒng)）的合理選用 作為鋰電池，我們在使用時，必須選用合理的BMS來對電池進行一系列的保持，如：過充 過放，過流 短路 均衡 過溫。好的BMS能使電池的使用壽命得以正常發(fā)揮。9 成本 除了以上的考慮因素之外，

8、成本也是在設計時重點為考慮的，因為這關系到設計出來的產(chǎn)品，客戶所能接受的價格是否有利可賺！用最低的成本，做出滿足客戶要求的產(chǎn)品。 現(xiàn)對常識、參數(shù)、材料以及設計思路都有了一定的現(xiàn)對常識、參數(shù)、材料以及設計思路都有了一定的了解，下一步進行實際的尺寸工藝設計了解，下一步進行實際的尺寸工藝設計下面以實際的電池型號來進行講解： 尺寸： 電池型號：523450A 1000mAh鈷酸鋰材料 電池厚度5.2mm，電池寬度34mm， 電池高度50mm第 一步、列出相關的固定的參數(shù)：正極克容量：142mAh/g 負極克容量 ：330mAh/g 正極壓實密度：3.8g/cm3 負極壓實密度：1.55g/cm3 正極

9、鈷酸鋰比例：94% 負極石墨粉比例94% 隔膜厚度：0.016 極耳寬：4mm 對于一種體系，有的參數(shù)是固定的，在設計對于一種體系，有的參數(shù)是固定的，在設計時只要套進去就行了！時只要套進去就行了！ 1、小電池，一個卷芯，那么卷心最大厚度：=電池厚度-殼體厚度=5.2-0.2*2=4.8mm（一般鋁殼厚度為0.2-0.3，不同地方可能不一樣，但關系不大）2、卷芯高度，除去頂蓋1mm，底蓋0.5mm，塑料隔圈1.5mm，預留空間1mm，那么卷芯高度=50-1-0.5-1.5-1=46mm也就是說，隔膜可以是46mm寬。一般我們做鋁殼的話，可能選20um的隔膜，做大電池的話，隔膜就可能厚點，大概25

10、um到35um都有。3、負極寬度，負極肯定比隔膜窄，可以是1mm，也可以是2mm，看你怎么留了，在此假設2mm，那么負極寬度為44mm。（在做一些大型號電池時可適當加寬3-4mm)4、負極包住正極，那么正極比負極窄，1-3mm，因為是小電池，我們選1mm，正極寬度=44-1=43mm。第二步 進行設計之旅：5、下面按照經(jīng)驗，假設正極雙面密度=40.5mg/cm2，正極克容量140mAh/g,活性物質(zhì)比例94%；負極克容量320mAh/g，活性物質(zhì)比例94%。安全系數(shù)=1.03（也可以更高，1.1）那么我們可以計算出：負極雙面密度=40.5*140*94%/（320*94%）*1.05=18.4

11、5mg/cm26、正極材料可以壓到3.8g/cm3；負極可以做到1.6g/cm3；鋁箔12um，銅箔12um。7、那么可以計算出正負極厚度：正極片厚度(40.5/3.8)*10+12=119um，負極片厚度=(18.45/1.6)*10+12=127um；8、那么，卷繞一圈，有2層，單層厚度=正極厚度+負極厚度+2層隔膜厚度=119+127+16*2=278um，9、可見，總卷繞卷數(shù)=卷芯厚度/（一圈厚度）=4.8*90%/（278*2/1000）=15.5圈，經(jīng)取整：即負極有15折，正極16折 （90%為電池厚度的預留空間，厚度大小取值也不同，主要看材料的厚度反彈來定）10、計算卷針尺寸，卷

12、針寬度=（34-0.20*2）-4.8）*92%=27 mm11、計算正極片長度：正極長=（層數(shù)-2）*雙層卷繞厚度+卷針寬+卷針厚度+一層卷繞厚+卷針寬度）*（層數(shù)-1）/2+卷針寬-厚度/2=（16-2）*0.278*2+（27+27+0.5+0.262）*（16-1）/2+27-5.2/2=505mm，試卷時，微調(diào)尺寸。 計算負極長度：負極=正極長-針寬-尾刮粉位-1013極耳寬度與厚度，小電池，極耳0.1*4mm基本就夠了14 極片刮粉位：A10B卷針寬*2.7+3C=D+4*2D=極耳寬+（24）E卷針-C/2 ACBD15、計算容量：設計容量=正極敷料量*克容量*活性物質(zhì)比例=*1

13、40mAh/g*7.516*94%=1052mAh16、標稱容量：一般設計時，設計容量約為標稱容量的1.05%17、根據(jù)不同的情況，進行相應的調(diào)整，電池尺寸的設計，一般在電腦上編輯公式，只需要輸入相應的參數(shù)2-5分鐘就可以得出一份工藝。電池的設計，一方面要滿足電性能的要求，另一方面必須滿足安全性的要求，一個產(chǎn)品的安全性成為重中之重，那么電池的不安全因素主要的表現(xiàn)是什么 ？那就是電池的：爆炸 起火！我們常常聽說哪兒的電池爆炸，傷人，電池召回，電視新聞報到的也很多。就電池的安全設計從以下幾個方面來考慮：一 電池爆炸的原理是什么？二 引起電池爆炸的因素有哪些？三 如何來保證電池的安全？四 安全性能設

14、計 電池在受到熱沖擊、過充、過放、短路、振動、擠壓等濫用狀態(tài)下，電池內(nèi)部的活性物質(zhì)及電解液等組分間將發(fā)生化學、電化學反應，產(chǎn)生大量的熱量與氣體，引起電池的升溫，如果鋰離子電池內(nèi)部的熱生成速率大于熱散失速率,則體系內(nèi)的反應溫度就會不斷上升，當熱量和內(nèi)壓累積到一定程度的時候，就會引起電池的燃燒或爆炸。簡單的說：就是電池內(nèi)部出現(xiàn)高溫 高內(nèi)壓，超過電池殼體的儲壓極限，殼體爆裂，內(nèi)容物噴出，起火燃燒。 引起爆炸燃燒的主要原因：引起爆炸燃燒的主要原因：短路短路 高溫高溫 高電壓高電壓 電池的系統(tǒng)制作過程，及各材料的配比和電池的使用，都有可能引起電池爆炸隱患，可從：材料 設計 使用三方面來來進行分析。 1材

15、料： a 正極材料：其一 從材料本身安全性來說，熱穩(wěn)定性LiNiO2 LiNi0.8Co0.2O2 LiCoO2 LiMn2O4 LiFePO4 LiNi3/8Co1/4Mn3/8O2當溫度升高到一定值后，材料分解，產(chǎn)生大量的熱 其二 從正極標的理論容量與實際發(fā)揮的容量來看，沒有脫嵌的鋰離子越多，過充時，產(chǎn)生枝晶的可能性就越大，刺穿隔膜引起短路。理論值與實際值相差越小，安全性就越高，鈷酸鋰270-140錳酸鋰148-110 磷酸鐵鋰170-130 ，且鐵鋰的電壓只有3.2V，安全性最高。 熱分解溫度：鈷：錳：鐵鋰180：200：220 b 隔膜 ：隔膜熱閉孔性對電池的安全有很大的影響，當溫度超

16、過120-135度，如隔膜沒有閉孔，電池繼續(xù)升溫，內(nèi)壓升高到極限，電池就會爆炸。如溫度過高，隔膜會熔化，從而引起電池大面積的短路，這就要求隔膜要有很高的熔點。c 電解液：電解液在電池內(nèi)即起到導電作用，同時又要能起到保護作用，當充電電壓到一定值時，形成絡合物，在電池內(nèi)部形成大面積的斷路，使正負極通過電流減小，電池溫度降低。d 極耳（鋁鎳帶）：在設計時，可能大家都沒有太多的去考慮這一因素，其實極耳是連接電池內(nèi)外的橋梁，當短路時，會承受很大的電流，其通過的電流密度當超過極耳最大電流密度時，會產(chǎn)生大量的熱，致電池內(nèi)部溫度升高，內(nèi)壓增大。e 殼體:鋼殼 鋁殼 軟包，材料儲高壓能力比較：鋼殼鋁殼軟包，選用

17、軟包鋁塑膜最為安全，這與它的封邊有一定的關系 ，當壓力超過最大內(nèi)壓值時，封口處破裂，氣體排出，電池一般不會爆炸。a 正負極容量比：電池在使用的過程中，在不同程度都會有所破壞，那就要求負極的嵌鋰空間至始至終都要比正極的脫嵌的鋰離子空間大。如在設計時，沒有考慮負極余量的大小 ，會造成析鋰，刺穿隔膜，造成短路。 b 尺寸：電池的隔膜收縮與極片的寬度，當隔膜收縮過大，極片會引起短路。 c 放電電流：在設計時根據(jù)產(chǎn)品的使用放電電流來設計極片的面密度 壓實 極耳類型等。當面密度過大，壓實過高，極耳截面較小時，大電流放電，會產(chǎn)生析鋰，產(chǎn)生大量的熱造成電池爆炸。 d 防爆結(jié)構(gòu)：當電池內(nèi)壓達到一定的壓力時，進行排氣減壓的功能防止電池殼體爆炸。目前采用的有刻痕防爆，排氣閥部件。 e 保護系統(tǒng)：對電池進行保護 過充 過放 過流 短路 a 過充電： 當電壓超過4.2V以上時，電解液分