锂离子电池设计[1](1)
锂离子电池生产主工艺设计
目录1．设计的目的与任务 (1)1.1课程设计背景 (1)1.2课程设计目的与任务 (1)2．设计的详细内容 (2)2.1原材料及设备的选取 (3)2.2电池的工作原理 (3)2.3电池的制备工艺设计 (4)2.3.1制片车间的工艺设计 (4)2.3.2装配车间的工艺设计 (8)2.3.3化成车间工艺设计 (9)2.3.4包装车间工艺设计 (11)2.4厂房设计 (13)3．经济效益 (13)4．对本设计的评述 (14)参考文献 (16)1．设计的目的与任务1.1课程设计背景自从1990年SONY采用可以嵌锂的钴酸锂做正极材料以来,锂离子电池满足了非核能能源开发的需要,同时具有工作电压高、比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻、无记忆效应、环境污染少等特点,现成为世界各国电源材料研究开发的重点[1~3]。
锂离子电池已广泛应用于移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源,并在电动汽车技术、大型发电厂的储能电池、UPS电源、医疗仪器电源以及宇宙空间等领域具有重要作用[4~5]。
正极材料作为决定锂离子电池性能的重要因素之一,研究和开发更高性能的正极材料是目前提高和发展锂电池的有效途径和关键所在。
目前,已商品化的锂电池正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等,而层状钴酸锂正极材料凭借其电压高、放电平稳、生产工艺简单等优点占据着市场的主要地位,也是目前唯一大量用于生产锂离子电池的正极材料[6~8]。
18650电池是指外壳使用65mm高，直径为18mm的圆柱形钢壳为外壳的锂离子电池。
自从上个世纪90年代索尼推出之后，这种型号的电池一直在生产，经久不衰。
经过近20年的发展，目前制备工艺已经非常成熟，性能有了极大的提升，体积能量密度已经提高了将近4倍，而且成本在所有锂离子电池中也是最低，目前早已走出了原来的笔记本电脑的使用领域，作为首选电池应用于动力及储能领域。
1.2课程设计目的与任务如前文所述，在目前商业化的锂离子电池中，很多厂家都选用层状结构的LiCoO作为正极材料。
锂离子电池电解液功能性添加剂的设计及应用
点较低，不利于电池的高温性能，因此常与环状碳酸酯复合使用，确保锂离子电池具备良好的工作范围与安全性[1]。
1.2 电解质设计要点分析在锂离子电池的电解质设计要点中，由于电解质作为电解液主要原料之一，直接对锂离子电池的成膜性能、倍率放电性能、存储性能、循环性能等产生直接影响。
电解质中的锂离子性能，决定这电池的物理性能与化学性能。
在锂离子电池的安全设计当中，需要对六氟磷酸锂进行优化设计，确保能够优化电解液的电解质体系，通过对电解液的热稳定以及锂离子电池循环进行深入研究，确保锂离子电池的综合性能得到有效改善[2]。
2 锂离子电池电解液功能性添加剂优化应用措施在当前的锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计与应用中，其主要可以通过优化电解液导电性能，改善电解质稳定性能，提高电解液工作低温性能、完善电极膜性能、优化电池安全性与电解液循环稳定性的优化等五方面。
2.1 优化电解液导电性能在锂离子电池电解液功能性添加剂的优化设计当中，需要重视电解液的导电性能的提升。
在提升电解液的导电性能上，借助冠醚与锂离子形成的络合物，通过提升电解液中锂离子的溶解度，确保能够提高大量的游离锂离子与阴离子，借助锂离子与阴离子的有效分离，以此提升电解液的导电性能。
在锂离子电解液的导电性能提升中，借助冠醚类混合物的运用，不仅实现电解液导电性提升的作用，同时也能够降低锂离子电池充电过程的溶液切合分析，规避锂离子电池电解液的氨离子与锂离子之间发生的化学反应，通过提升锂离子的配位性能，以此提升电解液的导电性，确保电池充电与放电过程的导电性能，以此实现电池供电循环系统的优化改善[3]。
0 引言锂离子电池具备工作电压高，循环寿命长，自放电小，对外界污染小的优势，已成为一种重要的新型能源，尤其在新能源汽车方面得到广泛应用。
添加剂是锂离子电解液中重要的组成部分，对于电解液的性能具有决定性作用，开展功能性添加剂的研究设计，已成为当前锂离子电解液发展的重要方向。
锂离子电池课设计
锂离子电池课设计引言锂离子电池是一种常见的可充电电池，在现代电子产品中得到广泛应用。
本文介绍了一个针对锂离子电池的课程设计，旨在帮助学生深入了解锂离子电池的工作原理、性能特点以及应用领域。
设计目标1.了解锂离子电池的基本概念和原理；2.掌握锂离子电池的性能评估方法；3.研究锂离子电池的应用领域和发展趋势。
设计内容1. 锂离子电池的基本概念和原理•锂离子电池的组成和结构•锂离子电池的工作原理•锂离子电池的能量存储机制2. 锂离子电池的性能评估方法•循环寿命：充放电循环次数对电池寿命的影响•容量衰减：电池容量随时间的变化情况•充放电效率：电池在充放电过程中的能量转化效率3. 锂离子电池的应用领域和发展趋势•电动汽车和混合动力汽车•便携电子设备（手机、平板电脑等）•新能源储存系统（太阳能、风能储存等）实施步骤1.学习阶段：–学生通过教材和网络资源了解锂离子电池的基本概念和原理；–学生阅读相关文献，了解锂离子电池的性能评估方法；–学生查阅资料，了解锂离子电池的应用领域和发展趋势。
2.实验阶段：–学生进行简单的锂离子电池制作实验，了解电池的组成和结构；–学生设计实验，测试电池的循环寿命、容量衰减和充放电效率；–学生通过实验数据分析，评估电池性能。
3.讨论与总结：–学生在小组讨论中，分享实验结果和心得体会；–学生展示自己对锂离子电池应用领域的研究成果；–学生总结课程学习成果，撰写实验报告。
结论通过本课程设计，学生能够全面了解锂离子电池的基本概念和原理，掌握锂离子电池的性能评估方法，并了解其在不同应用领域的发展趋势。
此外，通过实验操作和数据分析，学生还能培养实验设计和数据处理的能力，提升自己的科研素养。
参考文献1.Armand, M., & Tarascon, J. (2008). Building better batteries. Nature,451(7179), 652-657.2.Scrosati, B., & Garche, J. (2010). Lithium batteries: status, prospectsand future. Journal of Power Sources, 195(9), 2419-2430.3.Dunn, B., Kamath, H., & Tarascon, J. M. (2011). Electrical EnergyStorage for the Grid: A Battery of Choices. Science, 334(6058), 928-935.4.Goodenough, J. B., & Park, K. S. (2013). The Li-ion rechargeable battery: A perspective. Journal of the American Chemical Society, 135(4), 1167-1176.。
锂离子电池正极材料的结构设计与改性
锂离子电池正极材料的结构设计与改性随着我国科技技术的不断进步，锂离子电池应用技术得以快速提升。
锂离子电池正极材料的结构设计与改性对于提升锂离子电池的应用效果有着极为关键的意义。
本文水命了锂离子电池正极材料结构，阐述了锂离子电池正极材料的结构设计与改性措施。
标签：锂离子电池;正极材料;设计;结构;改性锂离子电池现已广泛应用于移动电话、便携计算机、数码相机、便携音乐播放器等通讯与数码产品中，而其化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能.目前，碳负极性能的改善和电解质的选择成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的重要因素。
随着锂离子电池对其正极材料结构设计提出了新的要求，因此有必要探究锂离子电池正极材料的结构设计与改性的具体措施。
一、锂离子电池正极材料结构（一）六方层状结构这种结构最常用的材料包括三元材料和LiCoO2、LiNiO2、Ni、Co、Mn复合氧化物。
其中钴酸锂主要应用于國内小型锂电池正极材料，具有稳定的电化学性能、高密度振实、易于合成等优点。
（二）橄榄石型结构LiFePO 的晶体结构容量相对较高（170mAh/ 充电状态下有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能。
LiFePO。
而成为新型的锂离子电池正极活性材料有效提升了其实用化进程。
LiFePO 是一种稍微扭曲的六方最密堆集结构，属均占据八面体位。
FeO 八面体通过通过公共边相接成链。
其中一个FeO 八面体可供锂离子自由脱嵌的空穴，LiFePO 可以作为锂离子电池正极材料的理论依据也在于此。
LiFePO 的晶体结构容量相对较高（170mAh/ 充电状态下有良好的热稳定性、较小的吸湿性和优良的充放电循环性能。
LiFePO。
而成为新型的锂离子电池正极活性材料有效提升了其实用化进程。
（三）橄榄石结构橄榄石型结构LiFePO 是一种稍微扭曲的六方最密堆集结构，属均占据八面体位，原料来源鱼环境友好型正极材料。
FeO 八面体通过通过公共边相接成链。
聚合物锂离子电池 设计规范
一、叠片式聚合物锂离子电池设计规范1.设计容量为保证电池设计的可靠性和使用寿命，根据客户需要的最小容量来确定设计容量。
设计容量（mAh）= 要求的最小容量×设计系数（1）设计系数一般取1.03~1.10。
2.极片尺寸设计根据所要设计电池的尺寸，确定单个极片的长度、宽度。
极片长度Lp：Lp = 电池长度－A－B （2）极片宽度Wp：Wp = 电池宽度－C （3）包尾极片的长度Lp′：Lp′= 2Lp+ T'-1.0 （4）包尾极片的宽度Wp′：Wp′= Wp-0.5 （5）其中：A —系数，取值由电池的厚度T决定，当（1）T≤3mm时，对于常规电芯A一般取值4.5mm，大电芯一般取值4.8mm；（2）3mm＜T≤4mm时，对于常规电芯A一般取值4.8mm，大电芯一般取值5.0mm；（3）4mm＜T≤5mm时，对于常规电芯A一般取值5.0mm，大电芯一般取值5.2~6.0mm；（4）5mm＜T≤6mm时，对于常规电芯A一般取值5.2mm, 大电芯一般取值5.4~6.0mm。
B —间隙系数，一般取值范围为3.6~4.0mm；C —取值范围一般为2.5~2.6mm（适用于双折边）；T'—电芯的理论叠片厚度，T'的确定见6.1节.图1.双面极片、单面正极包尾极片示意图3. 极片数、面密度的确定：确定极片的数量N，并根据电池的设计容量来确定电极的面密度，电池的设计容量一般由正极容量决定，负极容量过剩。
在进行理论计算时，一般正极活性物质的质量比容量取140mAh/g，负极活性物质的质量比容量取300mAh/g。
N =（T-0.2）/0.35±1 （6）注：计算时N取整，并根据面密度的值来调整N。
S极片= Lp×Wp （7）C设= C正比×S极片×N×ρ正×η正（8）C负= C设×υ（9）= C负比×S极片×N×ρ负×η负（10）其中：S极片—单个极片的面积；C正比—正极活性物质的质量比容量，一般取值140mAh/g；η正—正极活性物质的百分含量；ρ正—正极极片的双面面密度（g/m2）；C负—负极的设计容量；υ—负极容量过剩系数，一般常规电池取值1.00~1.06；DVD电池以及容量大于2000mAh的取值1.05~1.12；C负比—负极活性物质的质量比容量，一般取值300mAh/g；η负—负极活性物质的百分含量；ρ负—负极极片的双面面密度（g/m2）；4. 极片厚度的确定：为保证极片中活性物质的性能发挥，涂布后的极片要进行适当轧片，一般根据材料的压实密度来确定不同面密度的极片的轧片厚度。
锂离子电池自动充放电系统的设计开题报告
锂离子电池自动充放电系统的设计开题报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：本科毕业设计开题报告题目：锂离子电池自动充放电系统的设计专题：院（系）：电气与信息工程学院班级：电气09-12班姓名：徐圣男学号： 24号指导教师：朱显辉教师职称：讲师黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目锂离子电池自动充放电系统的设计来源工程应用1、研究目的和意义随着微电子技术的快速发展，使得各种各样的电子产品不断的涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展。
为了能够更加有效地使用这些电子产品，可充电电池得到快速的发展。
常见的可充电电池包括镍氢电池、镍镉电池、锂电池和聚合物电池等。
其中，锂电池以其高的能量密度、稳定的放电特性、无记忆效应和使用寿命长等优点得到广泛的应用。
目前绝大多数的手机、数码相机等均使用锂电池。
电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电器维护过程和使用情况密切相关。
一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即电池活性衰退现象。
但锂电池的不足之处在于对充电器的要求比较苛刻，对保护电路的要求较高。
其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度(精度高于1%)。
另外，对于电压过低的电池需要进行预充充电终止检测除电压检测外。
还需采用其他的辅助方法作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限定充电时间，为电池提供附加保护等。
为此，研发性能稳定、安全可靠、高效经济的锂电池智能充电器显得尤为重要。
本课题采用单片机为控制电路来制作一个能用LCD显示充电电压和电流，能够定时开关和充完自动停充的4.2V的锂电池智能充电器。
采用单片机和充电集成电路进行充电器的设计，不但能够实现对锂电池进行充电，而且还能够实现相应的过压和温度保护，从而可以充分发挥锂电池的性能，并避免了充电器在充电时可能对电池造成损害的情况发生，具有一定的智能功能。
锂离子电池发展综述(1)(总5页)
锂离子电池发展综述(1)(总5页)纵观电池发展史，目前新能源汽车的电池有：铅酸电池，是纯电动汽车最早使用的电池，其最大的优势是成本低。
但其劣势也很突出，体积大、容量小使用寿命低等问题都使其不适于大规模用于新能源汽车。
镍氢电池，其能量密度、充放电次数相比铅酸电池有不小的提升，并且安全性较高，制造工艺成熟。
但其充电效率一般，无法使用高压快充。
锂电池，正是现阶段新能源车的主流选择，其优势在于能量密度高、体积小、重量轻、充电效率高。
但低温会影响其续航里程，不过温控元件也在研究发展中。
氢燃料电池，是最理想的清洁能源，并且加氢效率高，达到加氢5分钟行驶超过600公里，但氢燃料电池之所以没有广泛推广，是因为氢气的获取技术落后、成本太高。
石墨烯电池，和氢燃料电池一样能做到零排放，但同样的其获取难度大，成本高。
固态锂电池，采用的是固态电解质，其能力密度远超现在的主流的锂电池，续航里程、充电效率更高，最理想化的充电速度可达到1分钟增加800公里，但这一技术目前离我们还很远，预计要到2030年才能在新能源车领域广泛普及。
缘起：锂电池概念与锂原电池发展1960-19701960-1970年代的石油危机迫使人们去寻找新的替代能源，同时军事、航空、医药等领域也对电源提出新的要求。
当时的电池已不能满足高能量密度电源的需求。
由于在所有金属中，锂比重很小、电极电势极低，它是能量密度很大的金属，锂电池体系理论上能获得最大的能量密度，因此它顺理成章地进入了电池设计者的视野。
但是，锂金属在室温下与水反应，因此，如果要让锂金属应用在电池体系中，非水电解质的引入非常关键。
1.1 Li/CuCl2体系：首次尝试1958年，Harris 提出采用有机电解质作为金属原电池的电解质。
1962年，在波士顿召开的电化学学会秋季会议上，来自美国军方Lockheed Missile和 Space Co.的Chilton Jr. 和 Cook提出“锂非水电解质体系”的设想。
毕业论文—锂离子电池
编号：（）字号本科生毕业设计（论文）题目：二氧化锰的回收与锰酸锂的制备姓名：陈金学学号：********班级：材料科学与工程学院科学08-1班二〇一二年六月中国矿业大学毕业设计任务书学院材料科学与工程专业年级材料科学2008学生姓名陈金学任务下达日期：2012年2月21日毕业设计日期：2012年2月21日至2012年6月10日毕业设计题目：二氧化锰的回收与锰酸锂的制备毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1、查阅有关文献，撰写一般部分。
2、阅读外文文献，并翻译成中文。
3、提纯工业废料来制取正极材料，制备纽扣电池。
4、高温固相煅烧法合成锰酸锂正极材料，制备纽扣电池。
5、对电池进行电化学性能测试比较。
院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：2012年6月13日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：2012年6月14 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要本文以工厂的废料为原料，采用不同的方法分离出废料中的杂质，评估提纯效果，最终得到有价值的锰氧化物。
再用提纯的锰氧化物和氢氧化锂在以不同比例、不同温度下煅烧反应,生成尖晶石型锰酸锂Li4Mn5O12和LiMn2O4的锂离子电池正极材料，做成纽扣电池。
在同样条件下，取乙酸锰与氢氧化锂合成的锰酸锂正极材料做得的纽扣电池，进行充放电性能比较。
测试表明，废料中的主要杂质为硫、钾和氟。
且所含主要物质为Mn(OH)2和KMn8O16。
经过水洗处理后可完全去除钴、铬、铜、钠、钙、砷、氟等元素；硫也能有效的降低；但是经过酸洗煅烧后发现，该步骤去除效果不明显。
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346
90.4
363
89.4
天然石墨价格比人造石墨便宜，但容易与PC发生共 嵌，所以在选择天然石墨做负极时要考虑与电解液 的兼性能好 价格高 克容量低(~300mAh/g) 杉杉CMS系列: G10、G15、G25等等
隔离膜宽度
隔膜宽度= pocket内坑长度+0.5~0.6mm
顶封区
倒角0.6
阳极
隔离膜
备注： 因为隔离膜宽(=内坑长+0.6) < 内坑长+[0.6+包装铝箔厚度+(4-2*倒角 0.6)*TAN(4*PI/180)]*2，所以顶封时不会封到隔离膜。
极片宽度
阳极宽度=隔膜宽度-Overhang 阴极宽度=阳极宽度-Overhang 一般情况下，隔离膜和阳极在宽度方向的overhang是2.0mm。对于 宽度比较大的电芯，比如EV电芯，为了防止错位，保证足够的安全， Overhang将会增大到3.0mm或更多； 一般情况下，阳极和阴极在宽度方向的overhang为2.0mm，但对于 能量密度要求较高的电芯，在机器卷绕对alignment控制较好的情况 下，可以考虑将此overhang调整为1.5mm。
卷针设计
卷针周长=2*[裸电芯宽度-裸电芯厚度] 其中：裸电芯宽度=包装铝箔内坑宽-0.8(宽度margin) 裸电芯厚度=(电芯最大厚度-2*包装铝箔厚度)/电芯膨胀系数1.08
Battery dimension
Length 64.1 Input information
Width margin T1 T2 Swelling Angle (α) LS LS （ min)
Rhombic mandrel Single piece width Complex width
48.23 6.91 9.31 7.09 6.81 9.31 3.81 18 16 0.3
菱形卷针示意图
卷针尺寸
卷针周长确定后，由于T1, T2, α, β为常数，卷针的其它尺寸就可计算出来。 对于不同厚度和宽度的电芯，卷针设计时要考虑不同的Width margin.
电解液
溶质：LiPF6(通常浓度为1M） 溶剂：环状碳酸酯(EC、PC)和线性碳酸酯(DMC、 EMC、DEC、MPC） 添加剂：VC(碳酸亚乙烯酯)、PS(1,3-丙烷磺内酯)、 丁二酸酐(或琥珀酸酐)、 CHB(环己基苯)、BP(联苯)、 FB(氟苯)、FEC(氟代碳酸亚乙酯) 需要注意电解液与负极的兼容性
～3.9 2.8～3.0 ～3.5 2.0～2.5
负极材料
天然石墨 人造石墨 MCMB 硬碳 钛酸锂 合金
石墨
石墨分为天然石墨和人造石墨 杉杉人造石墨FSN-1和贝特瑞改性天然石墨818相关 数据比较：
Source SS-FSN-1 6.7 14.5 28.9 BTR-818 10.8 18.0 29.8
锂离子电池设计
Prepared by: GX Liu Date: 2010.05
设计思路
产品信息 确定串并联方式 确定单体容量及 尺寸 选择电芯类型 电芯 设计 确定保护板、充电器、 电池盒、连接线/片
软包、铝壳、方型钢壳、圆柱钢壳 选择正负极材料及配方、电解液、隔膜、 箔材厚度、包装材料、极耳等等 卷绕、叠片结构
Particle Size (D10)(μm)
Particle Size (D50)(μm)
Physical
Particle Size (D90)(μm)
BET (m2/g)
Design density (g/cm3) Chemical
1.23
~1.5
1.39
~1.6
Discharge capacity (mAh/g)
电芯设计原则
安全
Cell balance
Overhang
超越客户期望
材料和配方的选取 工序控制
电芯设计思路
客户规格(T、L、W、Cap)
根据电芯尺寸和容量来选择材料体系 L: 电芯长度-顶封边宽- 2*弓长(~0.9mm)-2*铝塑膜厚度2*Pocket R角长(~0.3mm)-Pocket棱线长(~0.3mm) W: 电芯宽度-1.5或2.0
正负极极片尺寸(L)
L: 根据层数和卷针尺寸计算出极片长度(包括涂膜区和空白 区尺寸)
电芯尺寸设计
Cell Drawing
Dimension
Pocket内坑设计
R0.6
Pocket 内坑长度= 电芯最大长度- 顶封错位0.5 - 模具公差0.25 - 顶封区宽度 - 2*[0.6 + 包装铝箔厚度+ (4 - 2* 倒角0.6)*Tan(4*PI/180)] Pocket 内坑宽度= 电芯最大宽度- 折边空间（一般双折边为2.0，单折边为1.5） Pocket 内坑深度(＜5.05mm，单坑；＞5.05mm，双坑)= (电芯平均厚度 - 2*铝塑膜厚度)/1.08
Pocket inner size
Length 58.53 Calculation result First perimeter S1 S2 S3 L1 L2 L3 Angle (β) Angle (γ) r Width 32.00
Width 33.5
Thickness 7.90
0.85 1.2 0.8 1.08 10 3.0 2.7 19.92 22.92
Pocket内坑尺寸(L、W)
隔膜宽度(W)
W: 在ATL，正常情况下，隔离膜的宽度比Pockt内坑长度 大～0.6mm 负极W: 正常情况下，负极极片宽度比隔离膜宽度小2mm
正负极极片宽度(W)
正极W: 正常情况下，正极极片宽度比负极宽度小2mm
卷针尺寸
在ATL，卷针为菱形，厚度为4.0mm，而宽度，则根据 pocket宽度和电芯厚度计算出来
正极材料
正极材料 平台电压（负 克容量 极为石墨） （mAh/g） 压实密度 （g/cm3) 热稳定性
★
★★ ★★★★ ★★★ ★★★★★
镍酸锂
钴酸锂 锰酸锂 镍钴锰酸锂 （1:1:1） 磷酸铁锂
3.6V
3.7V 3.7V 3.6V 3.2V
150～200
～140 ～100 ～135 ～135
～3.3
材料选择
结构设计 确定设计方案
产品信息
容量/尺寸 用途 工作电压/工作电流 内阻/出货电压 环境温度 循环 过充 ……
电芯设计
材料选择
结构设计
锂电材料
正极材料 负极材料 电解液 隔离膜 外壳 铜/铝箔 极耳 胶纸 粘结剂/导电剂
卷绕结构图
Cathode Anode Separator Green Tape
Thanks！