锂电池设计理论-登录云顶集团

第一部分 锂电池浆料沉浆理论计算

 配料（也称混料）是锂电池制备过程中第一道工序，同时也是最重要工序之一。混料简言之就是将各颗粒材料与胶液或溶剂混合，形成稳定的悬浮液。既然是颗粒悬浮，必然颗粒将受重力影响沉积（行业术语称沉浆）。下面谈谈沉浆的理论公式

stokes方程

 ……（1）

  ......（2）

其中，

v：表示颗粒的体积

ρ1：表示胶液密度

ρ2：表示颗粒密度

η：表示粘度

a：表示颗粒半径

v0：表示沉浆速度

搅拌工艺要求

……（3）

                                                     ……（4）

其中，

r：表示分散盘半径

v：分散盘线速度

n：分散盘转速

下面举例讨论固含量对沉浆速度的影响（固定加料顺序因子的影响）

正极体系配方比例94：2.5：1：2.5

固含量s.c=w%，总量干粉为a克

m(pvdf胶)=2.5%a ，m（nmp溶剂）=a（1/w-1）

即pvdf胶的固含量s.c=2.5a/[2.5a a（1/w-1）]=2.5/(1/w 1.5)

结论①η一致，浆料固含量↑，s.c_(pvdf)会↑，v₀将 ↓，ρ_(pvdf) ↑

②固含量一致，η将 ↑，v₀将 ↓

负极体系配方比例94.7：2：1.3：2

固含量s.c=w’%，总量干粉为b克

即cmc胶的固含量s.c==1.3/(1/w’ 0.3)

结论负极沉浆后加入cmc是提高胶液密度，使负极颗粒悬浮。

第二部分 锂电池极片设计理论

 在确定生产何种电池时，首先需要对电池进行理论计算，如配方、理论容量、极片长宽、敷料面密度及压实、电解液注液量等等。下面先简单扼要推论电芯的设计。

  下面的公式暂不讨论延伸率、反弹率、极耳体积、胶纸体积、极耳间隙位体积、留白体积、面垫体积等。下面以圆柱型电池为例

首先定义正极片（正极为控制电极，即负包正设计）

壳内径=r

设计容量=c

正极活性物比例=a正

正极克容量=c’正

正极宽度=w正

正极压实密度=p正

正极面密度=a正

正集流体厚度=h正

计算出

壳体横截面积=пr²                              ……（1）

正极片长度=c/c’/a_正/w_正/c’_正/2      ……（2）

正极片厚度=a_正/p_正 h_正                   ……（3）

负极过量比n/p=1.1

负极活性物比例=a负

负极克容量=c’负

负极宽度=w负

负极压实密度=p负

负极面密度=a负

负集流体厚度=h负

负包正长=h’

负极片长度=正极片长度 h’      ……（4）

负极片厚度=a_负/p_负 h_负        ……（5）

隔膜厚度=h隔膜

入壳率=

 [正极片长度*正极片厚度负极片长度*负极片厚度 2h隔膜*（负极片长度 2пr）]/ п r²     ……（6）

注：入壳率≈98%

第三 部分 锂电池极耳设计理论公式

   一般的锂电池正负极端是通过内部镍极耳（铜镀镍）或铝极耳分别与负极、正极盖帽连接。当然，极耳的设计对过流能力有着重要影响，下面介绍一下极耳设计理论

一、极耳材质理论参数

（1）镍极耳的安全载流值为11-13a/mm2，镍的电导率在140000 s/cm，熔点在 1200℃～1400℃。

镍极耳的过流能力表

（2）铜极耳的安全载流值5-8a/mm2，铜的电导率在584000 s/cm，熔点在 ≈1000℃。

（3）铝极耳的安全载流值3-5a/mm2，镍的电导率在369000 s/cm熔点在 ≈660℃。

二、极耳的几何位对阻抗影响理论设计

集流体（箔材）过流离极耳越远，过电流过弱；

平均电流值为集流体一半，简单说有效阻抗reff为集流体阻抗值ro一半

reff=rc/2 或ra/2

其中

①  rc为正集流体阻抗值

②  ra为负集流体阻抗值

（1）极耳位于极片中间位

e=（i/2）^2*（ro/4） （i/2）^2*（ro/4）= i^2*（1/8）ro=i^2*reff

（2）极耳位于极片1/3位

e=（i/3）^2*（ro/6） （2i/3）^2*（2ro/6）= i^2*（1/6）ro

（3）单极耳位于任意位

e=i^2*[x^2*x/2 （1-x）^2*（1-x）/2]ro

（4）双极耳位于任意位

e=（i/3）^2*（ro/6） （i/3）^2*（ro/6） （i/3）^2*（ro/6）

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