一.鋰離子電池設計的基本原則

我們根據儀器設備的要求，為其供應最匹配的工作電源或動力電源，這就是電池設計。基于此，電池設計首先考慮的是滿足用電器的用電需求，并進行優化，使其能發揮最佳的綜合性能。我們可以通過選擇電池的電極、電解液、隔膜、外殼以及其它零部件，并將它們合理搭配，來達到這個目的。

二.電池的設計要求

電池設計是為滿足用電設備的要求進行的，有時還需考慮人的喜好問題。因此，在進行電池設計前，首先必須詳盡地了解對象對鋰離子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，包括持續放電時間，使用期限或循環壽命；

•電池的工作環境，包括電池工作時所處狀態及環境溫度；

•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；經濟指標；環境問題等方面的因素。

三.評價電池性能的重要指標

（1）容量

電池容量是指在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，即電流對時間的積分，一般有Ah或mAh來表示，它直接影響到電池的最大工作電流和工作時間。

（2）放電特性和內阻

電池的放電特性是批電池在一定的放電制度下，其工作電壓的平穩性，電壓平臺的高低以及大電流放電性能等，它表示電池帶負載的能力。電池內阻包括歐姆內阻和電化學極化內阻，大電流放電時，內阻對放電特性的影響尤為明顯。

（3）工作溫度范圍

有電器的工作環境和使用條件要求電池在特定的溫度范圍內具有良好的性能.

（4）貯存性能

電池貯存一段時間后，會因某些因素的影響使性能發生變化，導致電池自放電；電解液泄漏；電池短路等。

（5）循環壽命（二次電池）

循環壽命是指二次電池按照一定的制度進行充放電，其性能減到某一程度（例如，容量初始值的60%）時的循環次數。

（6）安全性能

關于電池的不當使用，可能會造成電池的過熱和漏液，進而損害身體或損壞其他設備。所以在電池設計時，安全性是一個非常重要的環節。電池的安全性考慮會在電池的理論設計之前進行，包括了材料的選擇能否符合要求，安全功能的設計是否符合要求等等。

四.電池設計的思路及基本步驟

根據電池用戶要求，電池設計的思路有兩種：一種是為用電設備和儀器供應額定容量的電源；另一種則只是給定電源的外形尺寸，研制開發性能優良的新規格電池或異形電池。

1.確定容量電池設計步驟

2.確定組合電池中音體電池數目，單體電池工作電壓與工作電流密度。

3.根據用戶要求確定電池組的工作總電壓，工作電流等指標，選定電池系列，參照該系列的伏安曲線（相關經驗數據或通過實驗所得）確定單體電池的工作電壓與工作電流密度。

4.確定電池組中單電池數。

單體電池數目=電池工作總電壓單體電/電池工作電壓

5.計算電池容量

6.根據要求的工作電流和工作時間計算額定容量。

額定容量=工作電流×工作時間

7.確定設計容量

設計容量=額定容量*設計系數

其中設計系數是為保證電池的可靠性和使用壽命而設定的

五.鋰離子電芯(以鋁殼為例)設計的基本步驟

1.容量初步評估

有效體積*體積比容量

2.外型結構設計

(1)殼體設計

圓角鋁殼厚度≤5.4mm采用平焊，圓角鋁殼厚度＞5.4mm采用立焊，方角采用平焊

殼體厚度：成品電池尺寸減至少0.25mm

殼體壁厚：0.2mm或0.25mm以上

(2)蓋板設計

(3)隔圈(絕緣片)設計

3.材料選擇

選擇合適的正負極/電解液體系進行搭配，確定設計比容量

(1)正極材料體系

(2)負極材料體系

(3)隔膜紙

(4)電解液

(5)集流體規格

4、卷針設計

圓卷針直徑：2*（殼體寬度-殼體厚度-兩側設計預留空間）/∏

扁卷針寬度:鋁殼內腔寬度-鋁殼內腔厚度-2.8≤卷針寬度（舊卷針）≤鋁殼內腔寬度-鋁殼內腔厚度-2.1

5、設計容量

常規型號：設計容量≥A2等級容量下限值；

高容型號：設計容量≥標稱容量(設計容量按敷料量下限值計算）

6、正極敷料量計算

正極敷料量：設計容量/正極混料比容量

負極敷料量：設計容量/負極混料比容量

7、根據該型號的設計開發難度，假設一個合適的正極面密度，正極面密度設計范圍為：40.00～45.99mg/cm2

8、極組單層厚度計算

正極單層厚度：面密度/正極壓實比+鋁箔厚

負極單層厚度：正極面密度/正負極面密度比/負極壓實比+銅箔厚

極組單層厚度：正極單層厚度+負極單層厚度+2*隔膜紙厚度

9、確定負極層數：（殼體厚度-壁厚-設計預留空間）/極組單層厚度

目前手工卷繞盡量使用單數層設計，以防止正負極一邊厚一邊薄。

設計預留空間：大于極組厚度的10%

10、確定正、負極片、隔膜寬度

負極寬度≥正極寬度+1mm；

隔膜寬度≥負極寬度+2.5mm；

鋁殼厚度＜8mm，隔膜寬度≤鋁殼高度-鋁殼底厚-蓋板嵌入鋁殼內部高度-隔圈凹槽墊塊厚度（見示意圖）+0.85mm；

鋁殼厚度≥8mm，隔膜寬度≤鋁殼高度-鋁殼底厚-蓋板嵌入鋁殼內部高度-隔圈凹槽墊塊厚度（見示意圖）+0.35mm

11、正極有效敷料長度的計算

正極有效敷料長度：正極敷料量/正極面密度/正極片寬度

12、正極片各段刮料長度設計

極組單數層：前端刮料區22mm；尾端刮料區：30寬度：25mm和85mm

13、正極片總長度計算

正極敷料長度+（各刮料區總長度/2）

14、確定負極總長度

負極敷料量/（正極面密度/正負極面密度之比）+負極刮料區長度

15、確定隔膜紙長度

手工卷繞隔膜長度=負極片總長*2+90mm；

半自動卷繞機隔膜長=負極片總長*2+20mm

16、試卷繞及極片長度的調整

極耳對位原則：正極耳位于隔圈凸臺與蓋板注液孔之間，負極耳能點焊在蓋板鎳片上，不能點焊在鎳釘上。

試卷繞，根據極耳對位原則和負極必須包住正極的原則，調整正負極片的總長度和各刮料區。

17、各個技術參數的最終確定

（1）根據試卷繞后確定的正負極片長度，在正負極敷料量不變的情況下，最終確定極片的面密度、極片的厚度、極組的厚度以及實際預留空間等技術參數。

（2）兩正面實際預留空間必須滿足：預留空間+0.02mm*負極層數+壁厚*2+卷芯厚度≤客戶要求尺寸-0.14mm

（3）兩側面實際預留空間必須滿足：鋁殼內腔寬度-卷芯寬度≥0.7mm

18、正負極耳長度以及外露長度的確定

19、鋁鎳復合帶寬度的確定

20、注液量的確定

注液量：大于等于標稱容量/335