电池结构与设计

浅谈电池结构与设计

电池结构与组成 剖解电池结构与设计 锂电池设计基础 磷酸铁锂电池常规特性 EV&ESS电池相关应用

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一、电池结构及组成

1.电池结构图（图一） 2.电池组成

卷芯 正极片 负极片 隔离膜 电解液 电 池 外壳

正极端子

负极端子

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二、电池结构设计

圆柱形

软包方形

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二、电池结构设计

国内常用18650

圆柱篇

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二、电池结构设计

圆柱类电池三重保护装置：PTC、CID和泄压阀

圆柱篇

PTC是由聚合物与导电粒子等 所构成，在经过特殊加工后， 导电粒子在聚合物中构成链状 导电通路。在正常工作电流通 过时，自复保险丝呈低阻状态 （图a）；当电路中有异常过 电流通过时，大电流产生热量 使聚合物迅速膨胀，切断导电 粒子构成的导电通路，自复保 险丝呈高阻状态（图b）当电 路中过电流消失后，聚合物冷 却，体积恢复正常，其中导电 粒子又重新构成导电通路，自 复保险丝又呈低阻状态（图 c）。

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二、电池结构设计

圆柱篇

A123普通铝壳

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二、电池结构设计

圆柱篇

日韩主流高端

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二、电池结构设计

方形篇

铝壳10Ah

防爆盖（电池盖） 材质：铝、塑胶等五金组合件

电芯卷芯

多卷芯并联极耳采用多种软硬连接方 式： 1、极耳打孔后用螺丝与机组锁定 2、极耳之间并联先用超声波焊接 3、再用激光焊点将极耳并联在一起

电芯壳 材质：铝 （304号）

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二、电池结构设计

防爆孔

方形篇

铝壳10Ah

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二、电池结构设计

铝盖板

方形篇

铝壳10Ah

铝超声柱

防爆孔

塑胶绝缘层

铝壳 10

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二、电池结构设计

方形篇

40Ah-日本汤浅GS结构

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二、电池结构设计

盖板 内部保险丝连接件 保护结构

方形篇

60Ah-国内主流

绝缘垫

防短路支架 外壳

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二、电池结构设计

方形篇

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LFP不同形状电池性能对比

类别 工作电压（V） 自放电率 循环寿命 电芯能量密度（Wh/Kg） 模组能量密度（Wh/Kg） 需要外壳防护 散热 低温性能 安全防爆阀 电池失效管理

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圆柱形 3.2 1～3% ≥2000 130 ~110 不需要 良好 良好 有 有

软包方形

142 ~110 需要 一般 一般 无 无

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锂电池设计基础

电池设计是为满足对象（用户或仪器设备）的要求进行的。因此，在进行电池 设计前，首先必须详尽地了解对象对电池性能指标及使用条件的要求，一般包 括以下几个方面： 电池的工作电压； 电池的工作电流，即正常放电电流和峰值电流、脉冲放电电流 电池的工作时间，包括连续放电时间，使用期限或循环寿命； 电池的工作环境，包括电池工作时所处状态及环境温度； 电池的最大允许体积尺寸 电池的贮存性能，电池贮存一段时间后，会因某些因素的影响使性能发生变 化，导致电池自放电；电解液泄漏；电池短路等。 电池的循环寿命，（例如，X次保持容量初始值的70%~90% ） 电池的安全性，对于电池的不当使用，可能会造成电池的过热和漏液，进而 损害身体或损坏其他设备。所以在电池设计时，安全性是一个非常重要的环 节。电池的安全性考虑会在电池的理论设计之前进行，包括了材料的选择能否 符合要求，安全功能的设计是否符合要求等等。

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锂电池设计基础

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锂电池设计基础

容量初步评估有效体积*体积比容量 外型结构设计  壳体设计壳体厚度：铝壳、圆柱金属壳类  防爆盖板设  绝缘片保护设计 材料选择选择合适的正负极、电解液体系进行搭配，确定设计比容量  正极材料体系：LCO\NCM\LMO\LFP  负极材料体系：石墨\Sic  隔膜纸:干法\湿法\陶瓷  电解液：功能型电解液  集流体规格

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锂电池设计基础

正极敷料量计算正极敷料量：设计容量/正极混料比容量 根据该型号的设计开发难度，假设一个合适的正极面密度，正极面密度 设计范围为：20.00～54.00.mg/cm2 正、负极片、隔膜宽度负极宽度 正极有效敷料长度的计算正极有效敷料长度 正极片总长度 确定负极总长度负极敷料量 确定隔膜纸长度 =负极片总长*2+Xmm；

试卷绕及极片长度的调整

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锂电池设计基础

各个技术参数的最终确定 根据试卷绕后确定的正负极片长度，极片的面密度、极片的厚度、 极组的厚度以及实际预留空间等技术参数 两侧面实际预留空间必须满足：铝壳内腔宽度-卷芯宽度≥0.7m 正负极耳长度以及外露长度的确定 极耳宽度的确定 注液量的确定 . N/P值N/P需>1（CB),即保证在任何位置负极的容量都需大于正极的 容量，根据实际生产时正负极的涂布公差情况，制定相应的N/P值，以确 保在正极涂布最大值时、负极涂布最小值时，负极容量也是过量的

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锂电池设计基础

设计表

设计表

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锂电池设计基础

电池的安全设计，要从如下考虑： 1）材料体系的选择 2）结构设计 3）强的预防测试能力 4）严格的过程控制 5）设备的精度及自动化程度

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磷酸铁锂电池常规特性

1、倍率放电曲线

放电倍率 放电容量 0.5C 100 2C 97% 5C 99% 10C 86%

120% 110%

Capacity/%

100% 90% 80% 70% 60% 50% 0 2 4 6 Rate/C5A 8 10

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磷酸铁锂电池常规特性

2、不同温度放电曲线

放电温度℃ 容量百分比% -40 68% -20 80% -10 90% 0 95% 10 98% 25 100% 55 100%

超低温型

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常规型

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磷酸铁锂电池常规特性

3、循环寿命曲线

LFP32650-5Ah-1C/1C Cycle life

100%

90%

Capacity/%

80%

70%

60%

sample1

sample2

50%

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Cycle Number

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磷酸铁锂电池常规特性

4、倍率放电曲线

rate

3400 3200

Voltage/mv

3000 2800 2600 2400 2200 2000 0% 20% 0.5C 1C 3C 5C 10C 20C 40% 60% 80% 100%

Capacity/%

高倍率型

常规型

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磷酸铁锂电池常规特性

5、不同类型电池对比表1

技术参数

高温充电效率（40℃） 低温放电性能 （-40 ℃ ） 0.2C放电 搁置性能（1年不维护容量保 持）

镍镉电池

90%

镍氢电池

80%

铅酸电池

90%

磷酸铁锂电池

100%

40%

40%

0%

40%

90%

80%

报废

90%

自放电（荷电态电芯常温搁 置28天）

20%~35%

20%~35%

3%~10%

3%~5%

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磷酸铁锂电池常规特性

5、不同类型电池对比表2

技术参数

工作电压V 质量比能Wh/kg 体积比能量Wh/L 寿命 单位价格/寿命 1000 环保 安全性

镍镉电池

1.2 30～50 150 500 6 有毒 优秀

镍氢电池

1.2 50～80 200 500 12 略有污染 好

铅酸电池

2.1 40 70 500 2.5-3.75 有毒 良好

磷酸铁锂电池

3.2 130 210 3000 1.5-2.5 无毒 优秀

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EV&ESS电池相关应用

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EV&ESS电池相关应用

案例应用：小型车

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EV&ESS电池相关应用

案例应用 割草机 36V20Ah、 48V20Ah、 48V112Ah

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EV&ESS电池相关应用

案例应用

Project Proposal ——48V5Ah电池

76.8V 60Ah高尔夫球车锂电池规划方案

1

韩国高尔夫球车

Made By: Kevin Xiao APPD By: Kevin Xiao

2015/4/17

Quality assurance

Excellent performance

韩国通讯基站48V5Ah、 48V6Ah、48V30Ah

绿色能源，续航未来 2014年12月19日

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EV&ESS电池相关应用

案例应用

Project Proposal ——MC-4840LFP-U2A3

赛车启动

Made By: Kevin Xiao APPD By: Kevin Xiao

2015/4/2

Quality assurance

Excellent performance

1

通讯基站48V40Ah

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谢谢大家！

EV&ESS 张小满 短号666777 2015-4-17

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