电芯基本设计-Wang XiaoLei.pdf
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【电芯设计的基本流程】 电芯设计是电池制造的核心环节,涵盖了性能设计和结构设计两个主要方面。性能设计关注电压、容量、循环寿命和安全性,而结构设计则涉及包装、外壳、隔膜、电解液、电极材料以及相关结构。电芯设计一般包括三个步骤: 1. 确定电芯用途:首先要明确电芯将应用于何种设备,如手机、笔记本电脑、电动车等,以确定其工作电压、工作电流、使用寿命和环境条件,特别是工作电压,这将决定Pack中电芯的数量和组合方式。 2. 性能设计:基于过往经验和数据,选择合适的电压平台、电流密度,并结合工艺类型来决定隔膜、电极材料、集流体、电解液、Tab等。 3. 结构设计:根据客户尺寸要求,设计电芯的层数、卷绕或叠片结构,以及Tab的位置。这通常涉及Pocket内坑或外壳尺寸的定制,以及卷芯形状和尺寸的确定。 【材料选择与搭配】 电芯材料的选择直接影响到性能、安全性和循环寿命。关键材料包括: 1. 阴极材料:需要考虑理论和实际克容量、电压平台、颗粒尺寸和安全性能,以及成本因素。 2. 阳极材料:通常选用石墨,关注其克容量和电化学性能。 3. 电解液:要求高离子电导率、热稳定性和化学稳定性,以及与各种组件的相容性。 4. 隔膜:选择时需考虑材质、热稳定性、shutdown特性、孔隙率、韧性和厚度。 5. 包装材料:如Al箔或外壳,需要考虑材质、重量、厚度和电化学稳定性。 6. 集流体和Tab:集流体要求高电子电导率和良好的机械加工性能,Tab的选择要考虑电芯的能量密度和厚度。 材料搭配原则: - 满足能量密度需求:根据电芯用途选择适合的阴极材料,如LiCoO2用于要求较高放电平台的电池。 - 维护Cell Balance:通常应大于1.14,防止析锂和材料浪费。 - 确保安全性能:合理计算各组件间的Over-hang,隔膜材质和厚度也很关键。 常用材料示例:BD981、YYNCM、LC400作为阴极材料,FSNC、MAGD、SAG等为阳极材料,E系列、E2+V20、ATL11为电解液,CD16、ED16、ED20为隔膜材料。 【电芯设计分类】 电芯设计按卷绕结构和工艺可分为M6S和M6C两类。 1. M6S设计: M6S工艺电芯设计涉及Pocket尺寸、裸电芯尺寸、卷芯尺寸等,通过经验公式计算各项参数,如极片的Over-hang,以确保电芯性能和结构的合理性。 总结来说,电芯设计是一个综合了科学、工程和经济决策的过程,涉及到多方面的专业知识,包括材料科学、电化学、结构工程等,目的是制造出满足特定需求、性能优异且安全可靠的电池产品。
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