铝壳锂离子电池设计

浅论锂离子电池模组以及结构设计摘要：随着锂电池的快速发展，锂电池模拟器开始被研究人员提出，并进行了深入的研究。

模拟锂电池不同的特性，比如放电电流大小不同、容量不同，锂电池模拟器方案就会有所改变。

目前，锂电池模拟器中现有两种方案，一种是数字电压源结构模拟方案和三相电压型脉冲宽度调整变换结构模拟方案。

众所周知，从锂电池单体电芯到自动化模组再到生产线的整个过程中，组装线的自动化程度是决定产品质量与生产效率的重要因素。

本文介绍了软包锂离子电池模组的常见形式，对其设计过程中的结构设计、电气设计以及热管理设计的设计要点进行了简要说明。

关键词：锂离子电池模组结构设计引言：锂离子动力电池目前广泛应用于电动汽车领域，是电动汽车的重要组成零部件之一，其安全性、能量密度等性能对车辆性能有重要影响，电池模组是动力电池的重要组成部分，其自身的机械强度，电性能，热性能和故障处理能力，直接影响到整个动力电池系统的性能，而动力电池系统的性能表现又决定了电动车辆的整体性能。

因此，动力电池模组设计，已成为电动车辆开发中的重要一环。

目前，市场上常见的锂离子动力电池单体，按照封装方式基本上可以分为铝壳方形电池、招塑膜软包电池和圆柱形电池等三种，本文主要探讨铝塑膜软包电池的模组设计。

一、锂离子电池模组简介目前，由于市场上各家汽车厂商的要求不同，几乎没有一家的模组和生产工艺是一样的，而这也对自动化产线提出了更多的要求。

好的自动化生产线除了满足以上硬件配置和工艺要求以外，还需要重点关注兼容性和“整线节拍”。

由于模组的不固定，故来料的电芯、壳体、PCB板、连接片等都可能发生变化，产线的兼容性也就显得尤其重要。

对于当前的动力电池行业来说，模组的自动化程度要求都比较高，又因其工艺的复杂程度、工作环境的要求等，应用机器人和专用设备的优势显而易见。

二、锂离子电池模组系统原理功放型推挽式线性结构模拟电池模组，其主要作用是为各类芯片供电。

该结构方案主要包括充电回路和放电回路。

标准文件文件名称：铝壳电池配料车间工艺流程页码 1正极配料负极配料正极称料原材料准备正极料烘烤正极混料搅拌正极筛料转涂布负极称料原材料准备负极混料搅拌负极筛料转涂布标准文件 文件名称：铝壳电池涂布车间工艺流程页 码1第一面准备 转制片 正极涂布测单面面密度 转制片负极涂布第二面准备 测双面面密度 第一面准备测单面面密度第二面准备测双面面密度测单面标准厚度测双面标准厚度 测单面标准厚度测双面标准厚度标准文件 文件名称：铝壳电池制片车间工艺流程页 码1准备正极制片 准备转装配负极制片极片全检裁大片转装配极片全检超焊极耳裁小片大片对辊极片烘烤铆焊极耳裁大片连片对辊裁小片极耳包胶极片除尘极片烘烤抽检称重分档抽检称重分档正极耳制作负极耳制作标准文件生效日期2009-9-17 文件名称：铝壳电池装配车间工艺流程页码 1卷绕全检电芯压芯包底胶纸贴上胶纸入壳正极超焊负极点焊折极耳离心合盖板测短路、全检发片与隔膜加隔圈抽检、刷片吸尘转激光焊标准文件生效日期2009-9-17 文件名称：铝壳电池激光焊车间工艺流程页码 1准备测漏气测短路转注液激光焊焊短边焊长边全检生效日期2009-9-17 标准文件文件名称：铝壳电池注液车间工艺流程页码 1注液准备注液前烘烤降温注液封胶纸清洗（三次）包纸巾高温活化转化成生效日期2009-9-17 标准文件文件名称：铝壳电池化成车间工艺流程页码 1注液后电池准备化成测电压抽真空剥纸巾钢珠封口清洗高温老化全检转分容标准文件 文件名称：铝壳电池分容车间工艺流程页 码1入 库容量全检检 测平台分选容量分选平台分选标准文件 文件名称：铝壳电池包装车间工艺流程页 码1准备测电压、内阻外观全检包装测厚度出库贴面垫喷码装盒 装箱测电压标准文件 文件名称：铝壳电池制片车间工艺流程页 码2准备复合带加工裁复合带转装配超焊复合带定复合带。

方形铝壳锂离子电池负极与壳体的电压提升方法1. 使用高比表面积的负极材料：选择高比表面积的负极材料，如石墨烯或纳米硅等，可提高电池的负极活性物质与壳体之间的接触面积，从而提高电池的电压。

2. 优化负极活性物质结构：通过微观调控负极活性物质的结构，如调控颗粒大小、形状等，可以增加与壳体之间的接触面积，提高电压。

3. 涂覆导电涂层：在负极活性物质表面涂覆一层导电涂层，能够增强活性物质的电导率，提高负极与壳体之间的电子传输效率，从而提高电池的电压。

4. 采用高容量的锂储存材料：选择具有高比容量的锂储存材料，如多孔碳或硅基负极材料，能够增加电池的能量密度，从而提高电压。

5. 优化电池结构设计：通过设计合理的电池结构，如增加负极与壳体之间的接触面积，改变电极排列方式等，可以提高电池的电压性能。

6. 混合导电添加剂：在负极活性物质中添加一定比例的导电添加剂，如碳黑或碳纳米管等，可以提高活性物质的导电性，增强其与壳体的电子传输能力，提高电压。

7. 使用导电高分子材料：采用导电高分子材料作为负极添加剂，能够提高负极的导电性能，增强与壳体之间的电子传输效率，提高电池的电压。

8. 表面修饰处理：对负极活性物质进行表面修饰处理，如化学改性或纳米材料修饰等，有助于提高与壳体之间的接触性能，提高电池的电压。

9. 优化电解质配方：选择合适的电解质组分及浓度，能够改善电极与电解质之间的界面性能，提高电池的电压输出。

10. 采用新型电解质：使用具有高离子传导性和稳定性的新型电解质，可以提高电池的循环稳定性和电压性能。

11. 提高负极的充放电速率：通过优化负极材料的微观结构或添加导电添加剂等方式，提高负极的充放电速率，可以提高电池的电压输出。

12. 优化封装工艺：改善电池的封装工艺，如提高壳体与负极之间的紧密度，减少内阻，有利于提高电池电压。

13. 采用多级混合材料：使用多级混合材料作为负极活性物质，可以增加电池的容量和循环寿命，提高电压输出。

锂离子动力电池铝壳壳体电位研究作者：蔡晓利郭毓优来源：《河南科技》2016年第23期摘要：分析影响锂离子动力电池外壳电位的影响因素，结果表明：壳体表面残留的电解液，电芯外层隔膜破损，极耳包胶不完整均会影响壳体电位；正极对壳体电位超过1V，会导致壳体腐蚀的发生。

为避免壳体发生腐蚀，通常采用的方法有对电芯外部增加绝缘保护袋，在铝壳内部增加绝缘保护涂层，对极耳进行绝缘胶纸全覆盖。

关键词：锂离子动力电池；铝壳电位；腐蚀中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2016）12-0142-02由于环境污染严重以及石油能源的危机，锂离子电池以其高的能量密度、环境友好等优点，得到重点关注。

其中铝壳锂离子电池，由于铝来源广且价格相对较低，质轻、具有延展性、易加工、重量比能量高等优点被广泛应用。

为了防止壳体腐蚀，目前采用的是正极和盖板导通的方法，以降低正极对壳体的电位，理论上正极和壳体导通后正极与壳体间的电压应为0V，但实际生产过程中出现了正极和壳体间电压大于0V的电池，现对这部分电池进行研究，分析其异常原因，并制定纠正措施。

1 电池的制备正极材料磷酸铁锂与导电石墨、PVDF和NMP溶剂混合，搅拌成正极浆料，浆料涂布在铝箔上，通过辊压，制片得到正极片；负极石墨与导电石墨，粘结剂与去离子水混合，搅拌成负极浆料，浆料涂布在铜箔上，通过辊压，制片得到负极片；在叠片机上，将正、负极片与隔膜通过叠片的方式制成电芯，再通过电芯装配将电芯放入铝壳中，激光封口后，注液形成电池。

电池化成之后，进行容量测试，容量测试最后工步将电池荷电状态调整为30%SOC，对应的电池电压为3.285～3.305V；定容工步完成之后测试正极对壳体电压。

2 结果与讨论2.1 壳体电压的形成图1为电池电压与正负极对壳体电压之和的对比。

对正负极间电压以及正极对壳体电压、负极对壳体电压分别进行测试，正极参比壳体与负极参比壳体之和基本上与电池电压相一致。

铝壳电芯的正负极-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铝壳电芯是一种新型的电池技术，其由正负极材料和电解质组成。

铝壳电芯相比于传统电池具有许多优势，如轻量化、寿命长和安全性高。

在铝壳电芯中，正极材料是承载电荷的一端，它能够释放电子并产生电流。

常见的正极材料有锰酸锂、钴酸锂和磷酸铁锂等。

这些材料能够提供稳定的电荷和放电性能，从而保证电池的正常运作。

而负极材料则是接收电子的一端，它能够存储电荷并在需要时释放。

目前常见的负极材料有石墨和金属锂等。

这些材料具有高的电导率和可逆嵌入/脱嵌能力，使得电池能够实现可靠的充放电循环。

与传统的钢壳电芯相比，铝壳电芯具有更轻量化的特点。

铝壳电芯采用铝合金作为外壳材料，不仅具有较高的强度和耐腐蚀性，同时还能够有效减轻电池的整体重量。

这使得铝壳电芯成为电动汽车和便携式电子产品等领域的理想选择。

此外，铝壳电芯还具有更长的寿命和更高的安全性。

铝壳电芯采用了更先进的制造工艺和材料，使得电池的充放电效率更高，同时能够在极端环境下具备更好的稳定性。

同时，铝壳电芯的电解质也经过优化，能够有效提升电池的安全性能，减少因电池过热等问题引发的意外事故。

基于以上优势，铝壳电芯在多个领域得到了广泛的应用。

汽车电池是其中的重要应用之一，铝壳电芯的轻量化特性使得电动汽车能够提供更长的续航里程。

同时，便携式电子产品如智能手机和平板电脑也选择了铝壳电芯，以保证产品的轻薄设计和持久的电池续航能力。

此外，铝壳电芯在储能系统中的应用也越来越广泛，能够提供稳定可靠的储能解决方案。

综上所述，铝壳电芯作为一种新型电池技术，具有轻量化、寿命长和安全性高等优势。

随着科技的不断发展和应用场景的拓宽，铝壳电芯有着广阔的发展前景。

它必将在各个领域发挥重要作用，为我们的生活带来更多便利和可持续的能源解决方案。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构的安排是为了更好地组织和呈现本文中关于铝壳电芯的正负极的内容。

本文将分为三个主要部分，即引言、正文和结论。

锂离子电池极片结构设计锂离子电池极片设计最基本的原则是保证负极粉料覆盖正极粉料区域、卷绕后卷芯均匀性、卷芯收尾位置合理性，电芯使用过程电池的电性能、寿命、安全性得到保障。

正、负极结构按可以简单地分类成正极包负极结构、负极包正极结构，下面列举几种电芯极片结构。

方形多卷芯卷绕储能动力电池极片结构图1 方形多卷芯卷绕储能动力电池正极极片结构1图2 方形多卷芯卷绕储能动力电池负极极片结构1方形多卷芯卷绕储能动力电池极片结构分正极包负极类结构、负极包正极类结构。

图1、图2为正极包负极类极片结构，图3 方形多卷芯卷绕储能动力电池正极极片结构2图4 方形多卷芯卷绕储能动力电池负极极片结构2图3、图4为负极包正极结构，方形卷绕聚合物电池极片结构图5方形卷绕聚合物正极极片结构图6方形卷绕聚合物负极极片结构方形软包型锂离子电池极片结构主要为正极包负极结构为主，正负极结构见图5、图6。

方形铝壳数码电池极片结构图7 方形铝壳正极极片结构图8 方形铝壳负极极片结构方形铝壳数码型锂离子电池极片结构为正极包负极结构，正负极结构见图7、图8。

方形多极耳卷绕储能动力电池极片结构图9方形多极耳卷绕储能动力电池负极极片结构图10 方形多极耳卷绕储能动力电池正极极片结构方形多极耳锂离子电池极片结构为负极包正极结构,极片结构见图9、图10。

方形叠片电池结构图11 叠片电池正极片结构图12 叠片电池负极片结构圆柱钢壳电池正、负极片结构如下图图13 圆柱电池负极极片结构图14 圆柱电池正极极片结构1图15圆柱电池正极极片结构2圆柱钢壳型锂离子电池极片结构为负极包正极结构，正负极结构见图13、图14、图15圆柱软包电池极片结构图16圆柱软包负极极片结构图17圆柱软包正极极片结构圆柱软包型锂离子电池极片结构为正极包负极结构，正负极结构见图16、图17。

正极片结构为极耳在头部位置，正极极耳位长约为极耳宽+（1～2）mm，极片尾部外圈光箔位长度约卷芯外径*3.14，内圈光箔位长度约为1～2mm；负极片极耳亦位于极片头部。