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软包叠片电池设计表

2022-12-19 来源:锂电前沿 浏览数:1

分享一份自己制作的软包叠片电池设计表,主要包括正极材料体系、负极材料体系、极片设计、电芯设计、电池材料质量、电池总体信息几个部分。同时简单介绍设计表中的公式。电池设计表仅根据实验电池样品进行了确认,仅供参考。表格中黄色区域为需要填写的内容,白色区域数值自动计算。


常见元素的原子质量
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常见材料的物理真密度
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正极材料
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负极材料

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电池发挥克容量(mAh/g)=IF(正极不可逆容量mAh>正极对应部分负极不可逆容量mAh,正极放电克容量mAh/g,正极放电克容量mAh/g-(正极对应部分负极不可逆容量mAh-不可逆容量mAh)/正极活性物质量g)

效率=放电克容量/充电克容量

正极活物质理论容量=96485n/3600M(Ah/g)=26.8n/M(Ah/g),其中n表示携带电量,Li+,n=1,Mg2+,n=2,M表示物质的摩尔质量,96485是法拉第常数,3600是1小时=3600秒


不可逆克容量=充电克容量-放电克容量


正极体积容量=发挥克放电容量*正极涂层密度*正极活性物质比例


极片设计

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正极两面涂布面密度=(负极目标使用容量+负极不可逆容量)*负极面密度*负极活物质比例/(正极充电容量*正极活物质比例)


Cu基材面密度(mg/cm2)=Cu真密度(g/cc)*Cu箔厚度(um)*0.0001*1000


正极涂层密度=正极活物质密度/活物质比例


正极涂层真密度=1/[活物质比例/真密度+导电剂1比例/真密度+导电剂2比例/真密度+粘结剂比例/真密度]


正极辊压目标厚度=正极厚度/(1+辊压之后厚度回弹率)


正极厚度(um)=正极两面涂布面密度(mg/cm2)/正极涂层密度(g/cc)*10000/1000+辊压后Al基材厚


辊压后Cu基材厚=Cu基材厚/(1+辊压后延伸率)


负极宽=正极宽+(负极宽-正极宽的差)


负极高=正极高+(负极高-正极高的差)


Cu基材面密度(mg/cm2)=Cu真密度(g/cc)*Cu箔厚度(um)*0.0001*1000


负极涂层密度=负极活物质密度/活物质比例


负极涂层真密度=1/[活物质比例/真密度+导电剂1比例/真密度+导电剂2比例/真密度+粘结剂比例/真密度+增稠剂比例/真密度]


负极辊压目标厚度=负极厚度/(1+辊压之后厚度回弹率)


负极厚度(um)=负极两面涂布面密度(mg/cm2)/负极涂层密度(g/cc)*10000/1000+辊压后Cu基材厚


辊压后Cu基材厚=Cu基材厚/(1+辊压后延伸率)


电芯设计

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隔膜层数=叠片总片数+1


隔膜全长=隔膜层数*电芯宽度+内部隔膜长度+外部隔膜长度+正极片数*正极厚度+负极片数*负极厚度


正极片数=(叠片总片数-1)/2


负极片数=(叠片总片数+1)/2


正极涂布面积=正极宽*正极高*正极片数


负极涂布面积=负极宽*负极高*负极片数


电芯宽度=负极宽度+隔膜-负极宽度差+隔膜厚度*4


电芯高度(不含极耳)=负极高度+隔膜-负极高度差


电芯的厚度=正极片数*正极厚度+负极片数*负极厚度+(隔膜层数+外部隔膜长度/电芯宽度)*隔膜厚度


厚度方向的富余量=内部空间的厚度-电芯的厚度


厚度方向的富余度=厚度方向的富余量/内部空间的厚度


高度方向的富余=内部空间的高度-电芯高度


高度方向的富余度=高度方向的富余量/内部空间的高度


SOC100%正极厚=正极厚度*(1+SOC100%正极涂层膨胀率)


SOC100%负极厚=负极厚度*(1+SOC100%负极涂层膨胀率)


SOC100%电芯厚度=电芯的厚度+正极厚度*SOC100%正极涂层膨胀率*正极片数+负极厚度*SOC100%负极涂层膨胀率*负极片数


SOC100%厚度富余=内部空间的厚度-SOC100%电芯厚度


正极涂层重量=正极两面涂布面密度(mg/cm2)/1000*正极涂布面积(mm2)/100


正极活物质量=正极涂层重量*正极活物质比例

正极活物质量=正极涂层重量*正极活物质比例

正极导电剂量=正极涂层重量*正极导电剂比例

正极PVDF量=正极涂层重量*正极粘结剂比例

溶剂NMP量=正极涂层重量/固含量(浆料)-正极涂层重量

Al基材量=Al基材面密度*(正极宽*正极高+正极焊极耳部宽*正极焊极耳部高)*正极片数

正极极片 1片重量=正极两面涂布面密度/1000*正极宽*正极高+Al基材面密度*(正极宽*正极高+正极焊极耳部宽*正极焊极耳部高)

正极极片全重量=正极极片 1片重量*正极片数

正极涂层体积=正极涂层重量/正极涂层密度

正极涂层孔隙体积=正极涂层体积-正极涂层重量/正极涂层真密度

负极计算方法同正极

极片全体孔隙体积=正极涂层空隙+负极涂层空隙

极片中可能注液体积=极片全体孔隙体积*极片孔隙中可能注液体积的比例

隔膜的体积(cc)=隔膜厚(um)/10000*隔膜高(mm)*隔膜全长(mm)/100

隔膜的重量=隔膜的体积*隔膜的密度

隔膜孔隙体积=隔膜的体积*隔膜孔隙率

电芯体积=正极涂层体积+负极涂层体积+隔膜的体积+Al重量/Al密度+Cu重量/Cu密度

 

电芯重量=正极涂层重量+负极涂层重量+Al重量+Cu重量+隔膜重量

 

全部注液可能空间=极片全体孔隙体积+隔膜孔隙体积+内部空间剩余量

 

可能注液量=电解液密度*全部注液可能空间

 

注液体积/极片孔隙=目标注液量/电解液密度/极片全体孔隙体积

 

铝塑膜和极耳

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铝塑膜可以根据电芯尺寸和面密度计算质量和体积,极耳可以根据电池使用倍率下的电流计算极耳电流密度,再确定尺寸。主要包含表格中这些项目,本文没有计算此部分,直接填入的实验电池的铝塑膜和极耳测量数据。

 

电池信息

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电池重量=电芯重量+铝塑膜壳体重量+注液量+正极极耳重量+负极极耳重量+胶带重量+其他零部件重量

 

电池容量=正极活物质量*正极发挥克容量

 

电池能量=电池容量*公称电压

 

电池质量能量重量密度=电池能量/电池重量

 

电池体积能量密度=电池能量/电池体积

 

极耳1C电流密度=电池容量/负极极耳厚度/负极极耳宽度

 

正极充电容量=正极活物质量*充电克容量

 

正极放电容量=正极活物质量*放电克容量

 

正极不可逆容量=正极充电容量-正极放电容量

 

正极对应部分负极不可逆容量=负极活物质量*涂布面积比正极/负极*不可逆克容量

 

负极实际使用容量=负极充电容量-正极对应部分负极不可逆容量

 

正极对应部分的负极放电可能容量=负极活物质量*涂布面积比正极/负极*放电克容量

 

N/P=负极两面面密度*负极充电克容量*负极活物质比例/(正极两面面密度*正极充电克容量*正极活物质比例)

 

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