卷绕式单体锂离子电池设计.doc

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: ()(),,，，，，CLiPFPEOECDECDMCLiCoO n62 锂离子电池的成流反应 正极反应: + LiCoO ?? LiCoO + xLi + xe 221-x 负极反应: + 6C + xLi + xe ?? LixC 6 电池反应: LiCoO + 6C ?? LiCoO + LixC 2621-x 1.1正极材料 正极活性物质选择LiCoO，因为它制备工艺简单，开路电压高，比能量大，2 循环寿命长，能快速充放电，电化学性能稳定，现已商品化。 LiCoO合成方法(溶胶-凝胶法) 2 将Li(Ac)按一定配比加入溶有PAA(聚丙烯酸)的去离子水中，加热至2 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LiCoO。 2 正极片压实密材料实际比容材料理论比容量活性物质利用 度 量(mAh/g) 率 3(g/cm) (mAh/g) η(%) LiCoO 3.9 138 273 50.6 2 正极集流体:铝箔 厚度18微米 正极配方 活性物质导电剂 粘结剂 (LiCoO) (石墨) 偏氟乙烯(PVDF) 2 含量(%) 90 4 6 1.2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。 负极片压实实际比容量为理论比容量为活性物质利 密度(mAh/g) (mAh/g) 用率 3(g/cm) η(%) MCMB 1.75 305 320 95.3 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(%) 89 4 7 1.3隔膜 PE隔膜 厚度取20微米 1.4电解液 1mol/L LiPF-EC-DEC-DMC(1:1:1) 6 1.5电池活性物质用量 ?额定容量10Ah ?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m: ()1g m=(设计容量×电化当量),活性物质利用率 1 =11000,138 =79.71 (g) 负极活性物质用量m():2g 负极过剩，本设计中负极比正极过量10%，因此 m=11000×(1+10%),305 2 =39.67(g) 1.6极片总面积(S)计算 总 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, -2-210mA?cm，在此取i=5mA?cm，则 -2正极片S=10000/5=2000 cm 总 ,-2负极片S=KS=1.1×2000=2200 cm 总总 K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100 mm，极片高度H取90 mm 正负极片均为短形片，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)= 111.11cm ++ L=S/2H=2200/(2×9)= 122.22cm -- 1.8电池正负极板平均厚度(D) MCMB/ LiCoO圆柱形锂离子电池制造工艺的有关参数 2 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 Cu 9 正极活性物质 LiCo