卷绕式单体锂离子电池设计

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1、卷绕式单体锂离子电池设计前言：目前，电动车包括电动汽车（EV）、电动摩托和电动自行车三大类。在当前环保的倡导下，电动自行车无疑是社会的最佳选择。电动自行车以车载电池为动力源，可实现零排放，彻底解决尾气污染，而且动力要求也不错。铅酸电池技术成熟，成本低，性能稳定，原材料丰富，是目前电动车的的常用电池，但由于铅酸电池比容量不够大，体积较大，铅是污染性金属，较之锂离子电池，锂离子电池比容量高，是铅酸电池的三倍以上，自放电小，循环寿命长，一般在500-1000次，无记忆效应和污染较小等优点，所以锂离子电池在不久的将来必然会成为电

2、动车的理想能源。1.0设计任务1．设计一种电动自行车用卷绕式单体锂离子电池，额定容量10Ah；2．给出所设计的电池制造的工艺流程。本设计的锂离子电池的电化学表达式为：锂离子电池的成流反应正极反应：LiCoO2←→Li1-xCoO2+xLi++xe负极反应：6C+xLi++xe←→LixC6电池反应：LiCoO2+6C←→Li1-xCoO2+LixC61.1正极材料正极活性物质选择LiCoO2，因为它制备工艺简单，开路电压高，比能量大，循环寿命长，能快速充放电，电化学性能稳定，现已商品化。LiCoO2合成方法（溶胶-凝胶法

3、）将Li（Ac）2按一定配比加入溶有PAA（聚丙烯酸）的去离子水中，加热至95℃形成凝胶体，将凝胶在空气气氛下加热至500℃分解，研磨，再将分解产物于700℃左右煅烧3h得到LiCoO2。正极片压实密度（g/cm3）材料实际比容量（mAh/g）材料理论比容量（mAh/g）活性物质利用率η（%）LiCoO23.913827350.6正极集流体：铝箔厚度18微米正极配方活性物质（LiCoO2）导电剂(石墨)粘结剂偏氟乙烯(PVDF)含量（%）90461.2负极材料负极活性物质选择中间相碳微球（MCMB），颗粒直径大小在

4、10微米左右，这种颗粒放射状结构，从轴心向外的石墨晶面以之字形取向排列，外侧被一薄覆盖，该薄层的底晶面几乎覆盖了纤维柱的全部表面，纤维的机械结构坚固，即使经过1000次循环，结构也不会破坏。MCMB制备方法焦油沥青在400～500℃加热成熔融状态时沉淀出来的微球，再在700～1000℃热处理后可用作电池的负极材料。若进一步提高热处理温度，可制备石墨化的MCMB，实际比容量为305mAh/g。负极片压实密度（g/cm3）实际比容量为（mAh/g）理论比容量为（mAh/g）活性物质利用率η（%）MCMB1.753053209

5、5.3负极集流体：铜箔厚度9微米负极配方中间相碳微球石墨偏氟乙烯（PVDF）含量（%）89471.3隔膜PE隔膜厚度取20微米1.4电解液1mol/LLiPF6-EC-DEC-DMC(1:1:1)1.5电池活性物质用量①额定容量10Ah②设计容量为保证电池的可靠性和寿命，一般设计容量应大于额定容量的10%～20%。设计容量（Ah）=1.1×额定容量=11Ah=11000mAh电化学当量q=M／26.8n选正极为控制电极，负极为非控制电极。正极活性物质用量m1（g）：m1=（设计容量×电化当量）／活性物质利用率=11000

6、／138=79.71(g)负极活性物质用量m2（g）：负极过剩，本设计中负极比正极过量10%，因此m2=11000×（1+10%）／305=39.67（g）1.6极片总面积（S总）计算对于圆柱形锂离子电池来说，工作电流为10000mA，工作电流密度为i=1～10mA·cm-2，在此取i=5mA·cm-2，则正极片S总=10000/5=2000cm-2负极片S总=K﹐S总=1.1×2000=2200cm-2K为设计系数，这里取1.1。1.7极片几何尺寸和极片数量的确定电池高度设为100mm，极片高度H取90mm正负极片均为

7、短形片，因为是双面涂覆，所以极片面积=长*高*2，因此，极片的长度为L+=S+/2H=2000/(2×9)=111.11cmL-=S-/2H=2200/(2×9)=122.22cm1.8电池正负极板平均厚度（D）MCMB/LiCoO2圆柱形锂离子电池制造工艺的有关参数电池组分材料厚度/微米负极活性物质MCMB单面90负极集流体Cu9正极活性物质LiCoO2单面80正极集流体Al18电解液/隔膜LiPF6-EC-DEC-DMC/PE20锂离子电池的极片制作是在集流体的双层涂覆活性物质，其中正极活性物质涂覆在Al箔的两面，干

8、燥、辊压定型后每片活性物质的厚度是80μm；负极活性物质涂覆在Cu箔的两面，干燥、辊压定型后每片活性物质的厚度是90μm。1.9电池隔膜（隔板）材料的选择及密度、层数的确定隔膜选择聚乙烯微孔膜（PE），厚度为20微米。隔膜长度为负极片长度的2倍，即122.22×2=244.44cm隔膜宽度比负极片高度长2～4mm，即