锂电池电芯 锂电池电芯设计参数解析

各位老铁们好，相信很多人对锂电池电芯都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于锂电池电芯以及锂电池电芯设计参数解析的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！

目前来看，无论是动力电池，还是今年火爆的储能电池，方形铝壳电芯占据绝对的主导地位。刚加入锂电行业的你，在做电池设计的时候，或多或少都了解到电芯设计表，把相应的参数输入进去，会给你输出一些理论的结果，帮助你去完成一些电芯的设计。

今天，就来简单聊聊，方形电芯设计参数的那些事。

首先申明，做锂电没有所谓的万能公式，一切要以实际出发，电芯设计表只是基于尺寸和理论，从数学公式上的理论推导，故而要注意其与实际的偏差。

比如曾经我们为了计算极耳间距，给了一个推导值，后面干脆把极片不裁极耳直接进行卷绕热压后得到卷芯，再基于两边间距裁切多余的箔材，最后把极片展开测量极耳的间距，结合设计表进行修正这样得到的参数更准确。

此外，基于设计表进行电芯设计是有前提的，需要提前确定好各原材料的参数以及可允许的buffer，比如正负极材料的克容量、电解液密度等等。最后，一个好的电芯设计表一定是适时的，根据实际情况进行必要的合理的优化。

下面，我们就电芯设计表中的一些参数进行一个简单的阐述。

上面也说了，关于一些材料的基础参数性能需要清楚，主要的有正极/负极材料克容量（根据材料的电性能测试可得出）、正极/负极材料的压实密度、正极/负极材料的loading量（极片上面的物质是由活性物质+导电剂+粘结剂等组成，单纯的正极或负极的配方占比）。

我们往往默认，在进行某个电芯设计时候，其所要的各原材料已经确定，即各材料的相关性能指标都已经确定。

根据客户给的需求，电芯的尺寸一般是给定的，这里的尺寸主要是长度、高度和厚度，即主要是铝壳外周的尺寸。

进一步的，我们还可以得出卷芯的厚度，卷芯厚度=电池厚度-2*铝壳厚度（一般铝壳厚度在0.2-0.3mm）；卷芯高度=电芯高度-顶盖高度-底盖（有一个底部的塑料垫片，和绝缘膜一体）-预留空间。

即成品电芯各部分的重量之和，包括了卷芯重量（正负极极片、隔膜）、电解液重量、胶带和膜以及盖板极耳重量之和。

拆分得再详细一点就是这个电芯中正极粉、负极粉、电解液、铝壳、顶盖、铜箔、铝箔、隔膜、胶带（高温胶带、终止胶带）、绝缘膜以及各辅料的重量（比如有些正极涂覆陶瓷边，还有陶瓷粉的重量）。

一般来讲，隔膜宽度最大，其次是负极片，最后是正极片宽度，极片和极片宽度大概有1-2mm的宽度差，最后形成隔膜包负极、负极包正极的局面。

根据客户需求，对每个电芯的容量进行了规定，电芯的容量又根据材料的克容量与涂覆的活性物质的重量决定，涂覆的活性物质重量根据涂覆区域的长度、宽度并结合面密度计算得出。

也叫电芯平衡率=阳极有效活性物质容量/阴极有效活性物质容量，一般的，为了保证不析锂，NP比都会大于1，但又不能太大，太大的NP比意味着阳极涂层厚度增加，影响电芯能量密度还浪费一定的物料，故而一般在不析锂的基础上，NP比尽可能小，一般在1.1-1.2之间。

卷芯这里指卷绕好的裸电芯，方形铝壳如果电池比较薄，卷绕层数不多时候采用单卷芯，但如果卷绕层数多，单个卷芯厚度大，卷绕容易造成错位，就采用多卷芯，不能无限增多，卷芯数量过多会降低卷绕机效率。

指活性物质的克容量，一般的，用在方形电芯以LFP/NCM正极，石墨负极居多。虽然各材料都有理论克容量，比如LFP：170mah/g，石墨负极360mah/g，具体到材料厂家不同型号的材料，其克容量发挥不同，前期做好余量设计。

活性物质占比，极片的涂覆区并不只是由正负极材料组成的，正极除了正极材料还有PVDF和导电剂，负极一般水系的有CMC和SBR。可想而知，要提高能量密度，就需要尽可能高的活性物质占比，未来对导电剂和粘结剂的发展方向就是，发展更高效的导电剂和粘结剂，降低其使用量。

理论上，一定条件内，压实密度越大，有助于能量密度的提升，但过大的压实密度会导致极片较脆，容易断裂，故而压实密度还要考虑加工性能，是能量密度与加工性能的平衡，一般的LFP正极压实密度：2.1-2.6g/cm2；NCM：3.2-3.9g/cm2；石墨：1.3-1.7g/cm2；这两年炒的火热的LMFP大概在2.4g/cm2。

极片在辊压、卷绕以及热压后，厚度会有一定的反弹，材料体系不同，反弹情况不同，一般石墨大概在5%，正极1-3%。进一步的，在进行化成后卷芯会有10-20%的厚度增加。

主要考察阳极的首次效率，一般石墨为88-92%左右，即首次放电容量/首次充电容量。首次充电过程中，成膜会消耗一定的锂离子。

即卷绕后的裸电芯厚度/壳体内部留给电芯最大空间。长度和高度是确定的，一般以厚度来度量，壳体内部留给电芯的最大宽度=铝壳的宽度-2*铝壳厚度-麦拉膜的厚度。主要是为了后期装配以及膨胀预留，一般NCM在90%左右，LFP在92%左右。

现在一般都是会给一个系数，比如LFP体系1AH注液量5g，那么一个20AH的LFP电芯，所需注的电解液就是100g，进一步的，关于这个系数是怎么来的，还要结合材料的浸润度、隔膜孔斜率、电解液预留体积再结合电解液的密度计算出来的。

关于电芯设计表参数就简单介绍这些了，还有一些小的细节比如极耳间距理论计算、极片厚度长度计算等等，感兴趣的朋友可以拿着设计表去进行一些数学计算，然后再去做卷芯来验证自己的结论。

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关于本次锂电池电芯和锂电池电芯设计参数解析的问题分享到这里就结束了，如果解决了您的问题，我们非常高兴。