《锂离子动力电池设计介绍》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锂离子动力电池设计介绍（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、锂离子动力电池设计介绍磷酸铁锂正极材料的优势：1. 超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高达500次，而以磷酸铁锂为正极材料 的动力电池，循环寿命可达到2000次以上，标准充电利用，可达到2000次。同质量的铅酸电池最多也就 1年时亥U，而磷酸铁锂电池在一样条件下利用，将达到78年。综合考虑，性能价钱比将为铅酸电池 的4倍以上。2. 利用平安，磷酸铁锂可完全解决钻酸锂和锰酸锂的平安隐患问题，钻酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞 下会产生爆炸对消费者的生命平安组成要挟，而磷酸铁锂通过严格的平安测试即便在最恶劣的交通事故中 也可不能产生爆炸。3. 快速充放电。可大电流2C快速充放电，在专用充
2、电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满， 起动电流可达2C。4. 耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350C500C而锰酸锂和钻酸锂只能在200C左右。5. 大容量，磷酸铁锂动力电池的续行里程是一样质量铅酸电池的34倍，其优势可使电动自行车在 重量上不超标（40kg/辆）的前提下，充一次电可跑120千米左右，关于上班族，充一次电能够利用一周 左右的时刻。而铅酸电池配备的电动自行车在整车重量不超标的条件下，其电池容量最大为12Ah （铅酸电 池重量现在已达13千克，而同容量的磷酸铁锂电池的重量只有5千克），充一次电最多能够行驶50km左 右。6. 无经历效应。像镍氢、镍镉电池存在经历性，而磷酸铁
3、锂电池无此现象，电池不管处于什么状态， 可随充随用，不必先放完再充电。7. 体积小、重量轻。一样规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的 1/3。8. 绿色环保。绝对的绿色环保电池电动自行车尽管为绿色环保型的交通工具，而其配备的铅酸电池 中却存在着大量的铅，在其废弃后假设处置不妥，仍将对环境造成二次污染，而磷酸铁锂材料无任何有毒 有害物质可不能对环境组成任何污染，被公以为绿色环保电池，该电池不管在生产及利用中，均无污染。 随着中国加入WTO,中国电动自行车的出口量将迅速增大，而此刻进入欧美的电动自行车已要求配备无污 染电池，配备铅酸电池的电动车很难出口，无疑磷酸铁锂
4、动力电池将是最好的候补。中国目前在国内生产（中试）磷酸铁锂的厂家多采纳固相法，生产中批次间质量操纵仍是一个难题。 据悉，武汉大学已经解决了那个难题，在不考虑搀杂导电剂因素的情形下，比容量已经达到理论容量 （170mAh/g），独特的生产工艺（已申请专利爱惜）使得高质量的磷酸铁锂从原料到产品一步到位，生产 中只有少量的蒸汽和二氧化碳产生，对环境阻碍小，质量易操纵，降低了生产本钱。武汉大学拟进行中试。 电子辞典：什么是浮充？浮充是蓄电池组的一种供（放）电工作方式，系将蓄电池组与电源线路并联连接到负载电路上，它的电压 大体上是恒定的，仅略高于蓄电池组的断路电压，由电源线路所供的少量电流来补偿蓄电池组
5、局部作用的 损耗，以使其能常常维持在充电知足状态而不致过充电。因此，蓄电池组可随电源线路电压上下波动而进 行充放电。当负载较轻而电源线路电压较高时，蓄电池组即进行充电，当负载较重或电源发生意外中断时， 蓄电池组那么进行放电，分担部份或全数负载。如此，蓄电池组便起到稳压作用，并处于备用状态。浮充供电工作方式可分为半浮充和全浮充两种。当部分时间（负载较重时）进行浮充供电，而另部分时间 （负载较轻时）由蓄电池组单独供电的工作方式，称为半浮充工作方式，或称定期浮充工作方式。倘全部 时间均由电源线路与蓄电池组并联浮充供电，则称为全浮充工作方式，或称连续浮充工作方式。以净充工作方式使用的蓄电池组，其寿命一
6、般较全充放工作方式者要长，而且可改用较小些容量的蓄电池 组来代替。这种浮充供电工作方式多用于发电厂的断电备用电源和电话局的电话正常供电电源。1锂离子动力电池的设计基础动力电池设计的大体原那么动力电池设计，确实是依照用电设备的要求，为设备提供工作电源或动力电源。因此，动力电池设计 第一必需依照用电设备需要及电池的特性，确信电池的电极、电解液、隔膜、外壳和其他部件的参数，对 工艺参数进行优化，并将它们组成有必然规格和指标（如电压、容量、体积和重量等）的电池组。动力电池 设计是不是合理，关系到电池的利用性能，必需尽可能使其达到设计最优化。动力电池的设计要求动力电池设计时，必需了解用电设备具对电池性能
7、指标及电池利用条件，一样应考虑以下几个方面：1 电池工作电压；2电池工作电流，即正常放电电流和峰值电流；3电池工作时刻，包括持续放电时刻、利用期限或循环寿命；4 电池工作环境，包括电池工作环境及环境温度；5电池最大许诺体积；锂离子动力电池由于其具有优良的性能，利用范围愈来愈广，有时要应用于一些特殊场合，因此还有 一些特殊要求，如耐冲击、振动、耐高低温、低气压等。在考虑上述大体要求时，同时还应考虑材料来源、 电池特性的决定因素、电池性能、电池制造工艺、技术经济分析和环境温度。评判动力电池性能的要紧指标动力电池性能一样通过以下几个方面来评判：1容量。电池容量是指在必然放电条件下，能够从电池取得的电
8、量，即电流对时刻的积分，一样剧h表 示，它直接阻碍电池的最大工作电流和工作时刻。2放电特性和内阻。电池放电特性是指电池在必然的放电制度下，其工作电压的平稳性，电压平台的高 低和大电流放电性能等，它说明电池带负载的能力。电池内阻包括欧姆内阻和电化学电阻，大电流放电时，内阻对放电特性的阻碍尤其明显。3工作温度范围。用电设备的工作环境和利用条件要求电池在特定的温度范围内有良好的性能。4贮存性能。电池贮存一段时刻后，会因某些因素的阻碍使性能发生转变，致使电池自放电，电解液泄 漏，电池短路等。5循环性能。循环寿命是指二次电池依照必然的制度进行充放电，其性能衰减到某一程度时循环次数， 它要紧阻碍电池的利用
9、寿命。6平安性能。主若是指电池在滥用的条件下电池的平安性能如何，滥用条件要紧包括过充电、短路、针 刺、挤压、热箱、重物冲击、振动等，抗滥用性能的好坏是决定电池可否大量应用的首要条件。2. 锂离子动力电池的设计大体步骤动力电池设计要紧包括参数计算和工艺指定，具体步骤如下：1确信组组合电池中单体数量，单体电池工作电压与工作密度单体电池数量单体电池数量=电池组工作电压单体电池工作电压确信单体电池工作电压与工作电流密度依照选定系列电池的伏安曲线，确信单电池的工作电压与工作电流密度，同时应考虑工艺的阻碍，如 电极结构型式的阻碍。2计算电极总面积和电极数量工作电流(mA)依照要求的工作电流和选定的工作电流
10、密度，计算电极总面积电极总面积=工作电流密度(mA cm 一2)依照要求的电池外形最大尺寸，选择适合的电极尺寸，计算电极数量电极数量=电极总面积极片面积3 计算电池容量 额定容量额定容量(Ah)=H作电流乂工作时刻 设计容量为了保证电池的靠得住性和寿命，一样设计容量比额定容量高10%20%。设计容量(Ah)=()额定容量4计算电池正、负极活性物质用量计算操纵电极的活性物质用量依照操纵电极的活性物质的电化当量、设计容量和活性物质利用率来计算单体电池中操纵电极的物质 用量。关于锂离子动力电池而言，从平安性能和本钱等因素来考虑，一样均采纳正极材料作为操纵电极的活性物质。操纵电极的活性物质用量=设计容
11、量X电化当量活性物质利用率计算非操纵电极的活性物质用量单体电池中非操纵电极活性物质的用量，应依照操纵电极活性物质的用量来定，为了保证电池有较好 的性能，一样应过量，通常取多余系数为12之间。锂离子动力电池通常采纳碳负极材料多余，多余系 数取。5计算正、负极的平均厚度计算每片电极物质用量每片正负极极片物质用量=单体电池正负极物质用量 单体电池正负极极片数目每片电极厚度正负极活性物质平均厚度=X集流体厚度极片正负极物质用量物质密度X极片面积X （1 -孔率）6隔膜的选择锂离子电池常经常使用的隔膜有单层PE、双层PP/PE和三层PP/PE/PP等微孔膜，厚度有25um、35um 和40um等几种规格
12、，可依照电池的实际需要选择。7确信电解液的浓度及用量依照选定的电池系列特性，结合具体设计电池的利用条件（如工作电流、工作温度等）或依照体会数据 来确信电解液的组成、浓度和用量。8确信电池的装配比及单体电池壳体尺寸电池的装配比依照所选定的电池特性及设计电池的极片材料、厚度等情形来确信，一样操纵在80% 90%。依照用电设备对电池的要求选定电池后，再依照电池壳体材料的物理性能与机械性能，确信电池壳 体的宽度、长度及壁厚、有无平安爱惜装置等。3. 锂离子动力电池的设计举例本设计是依照公司市场部提出的要求，结合实际情形来做的。客户具体要求为：要求提供8Ah 25V锂 离子动力电池组，有两个体积相同的壳
13、体，壳体内部尺寸为：133mmX95mmX65mm，要求电池的用极柱连 接，正常工作电流3A。具体设计步骤如下:1. 单体电池数量锰酸锂动力电池工作电压为，要组装25V的电池组需要7块单体电池。2. 电池容量设计c设=c额x K式中C设电池设计容量；C额一一电池额定容量，；K1 电池设计平安系数，一样取。在此处取为，那么C设=X =3. 电池尺寸设计依照电池组壳体的尺寸，结合所需电池的数量，采取一个壳体放4块电池，另一个壳体放3块电池， 单体电池的外部尺寸为：130mmX60mmX(含极柱)，电池壳体外部尺寸：120mmX60mmX。考虑动力电池对 平安性能的要求比较高，在盖板上预留出一个防爆
14、孔作为泄气装置，避免显现异样情形时电池爆炸。4. 极片面密度设计通常锰酸锂正极活性物质的比容量为90mAh/g，碳负极活性物质的比容量330mAh/g，本设计按负极过 量10%计算，因此正负极活性物质用量别离为：W = 880090 = 97.8g W = 8800 x (1 +10%), 330 = 29.3g结合实验数据和实际体会，在锰酸锂动力电池中，正极面密度一样为440g/m2，与之相应的负极面密 度为 145g/m2。5. 极片高度设计在考虑极片高度时应注意以下几个方面：极片上部应有必然的空间，以便防充电时电池内压的增高， 同时也为栓接留出足够的空间，通常负极高度比正极高24mm，隔
15、膜高度比负极高24mm。综合上述因 素，结合电池壳体的尺寸，确信电池的正极极片高度为102mm，负极极片高度为106mm，隔膜高度为110mm。6. 极片长度的计算正极活性物质含量为92%，那么极片长度为：r 97.8/0.92/440L = 2.369m+0.102结合实际操作需要，考虑将正极分成四段，每段料区长度为600mm，为焊接极耳需要，还需留出必然 的空白区域，此处选取空白区域为15mm；考虑到负极极片要完全包裹正极，此处选定负极短片料区长度为 610mm，空白铜箔长度需依如实际需要确信。7. 极片厚度确信结合实验数据和实际操作体会，锰酸锂正极材料的压实密度在左右，石墨碳粉的压实密度在左右，那 么本设计中的正极极片厚度在185um左右，负极极片厚度在110um左右。8. 卷针的设计动力电池的卷针依照电池的型状不同可分为圆形卷针、方形卷针和椭圆形卷针。由于本设计的电池是 方形电池，故采纳方形卷针，依照电池具体尺寸，结合实际体会，确信卷针的宽度为40mm，厚度1 mm。9. 隔膜的尺寸确信隔膜的长度一样为负极的2倍，宽度比极片高度长24mm，结合动力电池对平安性能的要求，本设计 选用厚度为35um的三层PP/PE/PP隔膜。10.
