混合动力车单体软包电池结构设计 能源学专业

1、混合动力车单体软包电池结构设计摘 要混合动力的汽车一般采用油电混合，而其中的蓄电池是混合动力汽车的辅助电力能源，其作用是作为发动机的辅助动力源，在汽车的动力性能方面后者在电动机作为驱动源时为其提供店里能源。本次设计中采用的软包锂离子电池具有设计灵活性能更强，并兼具重量低、密度高以及安装方面便利等特点。本论文第一大章主要概述了混合动力车的发展历史和组成。第二章讲述了蓄电池的性能指标和蓄电池种类的选择。第三章讲述了在理离子电池形状的选择。第四章讲述了软包电池结构和主要零件设计。第五章讲述了软包锂离子电池设计计算。第六章讲述了锂离子电池的性能测试。关键词：蓄电池；方软包电池；电池结构；性能测试Str

2、uctural Design of Hybrid Electric Vehicle Single Package BatteryAbstract：Battery is one of the main components of hybrid electric vehicle. Battery is an auxiliary power source in hybrid electric vehicle. It is used as an auxiliary power source of engine to improve the power performance of vehicle or

3、 as an electric power source when motor drives vehicle. The soft-packed lithium-ion batteries used in this design have the advantages of more flexible design, low weight, high density and convenient installation.The first chapter of this paper describes the development and composition of hybrid elec

4、tric vehicles. In the second chapter, the performance index of battery and the selection of battery types are described. Chapter 3 describes the shape selection of in-process ion batteries. Chapter 4 describes the structure of soft-packed battery and the design of its main parts. Chapter 5 describes

5、 the design and calculation of soft-packed lithium-ion batteries. Chapter 6 describes the performance test of lithium ion batteries.Keywords：Battery; Square Soft Pack Battery; Battery Structure; Performance Test目 录第1章 绪论11.1 混合动力车发展概况11.2混合动力车主要组成1第2章 混合动力车电池选择22.1蓄电池性能指标22.1.1铅酸电池22.1.2镍-镉电池42.1.3镍

6、-氢电池42.1.4锂离子电池52.2混合动力车电池方案确定62.2.1本设计中电池方案优选6第3章 混合动力车锂离子电形状选择73.1锂离子电池结构分类73.1.1圆柱形锂离子电池73.1.2方形锂离子电池73.1.3软包锂离子电池83.2混合动力车电池形状的确定8第4章 软包电池结构和主要零件设计84.1软包电池主要零部件设计84.1.1正极84.1.2负极94.1.3隔膜94.1.4电解液10第5章 软包锂离子电池设计计算115.1带电状态下电芯尺寸计算115.2锂离子卷绕层数、极片密度计算125.3裸电芯厚度计算135.4卷芯计算145.5极片、隔离膜尺寸计算155.6电解液质量计算1

7、65.7电芯质量计算175.8容量、内阻计算18第6章 锂离子电池性能测试196.1循环寿命测试196.2恒定湿热测试19第7章 结 论20参考文献21致 谢22第1章 绪论1.1 混合动力车发展概况汽车已经成为人们必不可少的出行工具。但是现在的汽车多数都是采用的内燃机，即燃烧柴油或者汽油，这种汽车队环境的污染有着很大的污染，所以现在很多的汽车生产厂家都选择研究减少污染的新型汽车，所以混合动力汽车应运而生。混合动力车是将传统发动机做小，让部分动力由电池和电动系统来承担，即发挥了发动机工作时间长、动力行好的优点，但是又保留了电动机的无污染，低噪音的特点。混合动力车按能量的合成分为并联和串联两种。

8、与传统汽车相比，降低了排放；能量可以自动回收，提高了能量利用率；采用纯电动行驶模式，可以实现零排放。简单的来说，混合动力汽车就在传统的汽车中加入了一个电力驱动装置和储存能源的装置所相结合起来，而且他们之间的结合不仅仅是可以相互互补，避免他们的不足；而且他们的配合十分良好，可以说这种结合是现在科技所能找到的最优选择。1.2混合动力车的主要组成混合动力车的主要组成包括发动机、电动机和电池。（1）发动机：混合动力汽车可以广泛采用四冲程内燃机、二冲程内燃机、转子发 动机、燃气轮机和斯特林发动机等。一般来说转子发动机的燃烧效率是要比燃气发动机燃烧效率高的，而且转子发动机的排放比较清洁。我们可以根据不同的

9、发动机的不同的特性来组成不同的混合动力汽车。（2）电动机：电动机的选择随着时代的发展也在不定的变化，曾经的直流发电机到了如今已经很少会有人在去选择了。现在的混合动力汽车呢一般都会采用感应式和永磁式这两种的电动机，特别是曾经不受重视的开关磁阻电动机现在也在人们的眼前越来越活跃了，甚至我们还可以根据不同的混合动力汽车来选择特种的电动机。（3）电池：混合动力汽车可以采用各种不同的蓄电池、燃料电车、储能电车和超级电池容等作为电池，电池一般作为混合动力的辅助能源，只有在混合动力汽车用电动机启动发动机或电动机辅助驱动时才被使用。 第 26 页 共 22 页第2章 混合动力车电池选择2.1蓄电池性能指标 蓄

10、电池的基本作用是储蓄电能，其基本工作原理是电能化学能电能化学能可逆变化过程，使得电能能反复使用。而在现代技术的发展下，蓄电池技术也逐渐成熟，也使的混合动力汽车的动力性不断提高，一次充电之后能够行驶的里程也在不断的增加。蓄电池主要性能指标如下。（1） 电压（v）： 电动势：电池正极和负极之间的电位差E。 开路电压：电池在开路时的端电压，一般开路电压与电池的电动势近似相等。 额定电压：电池在标准规定条件下工作是应达到的电压。工作电压：在电池两端接上负载R后，在放电过程中显示的电压。终止电压：电池的电压逐渐降低，当电池不宜再继续放电时，电池的最低工作电压。（2） 电池容量（A·h）实际容量

11、：在一定条件下所能输出的电能，等于放电电流与放电时间的乘积。额定容量：按一定指标规定的放电条件，电池应放的最低额度。（3） 能量（W·h） 电池能提供汽车行驶的距离。（4） 功率（w）电池在单位时间内所输出的能量。电池的功率决定了混合动力车的加速性能。（5）使用年限 一般用电池的使用年限来表达其寿命。（6） 成本成本与电池的技术含量、材料、制作方法和生产规模有关。另外还要求电池无毒性、对环境不会造成影响，使用安全。良好的充电性等。2.1.1铅酸电池以酸性水溶液为电解质的蓄电池为酸电池。由于电池电极是以铅及其氧化物为2蓄电池按电池槽结构分为半密封式与密封式，半密封式又有防酸式与消氢式。

12、根据排气方式，密封式铅酸电池可分为排气式和非排气式。铅酸电池电池的特点是开路高电压，放电平稳，充电效率高，能在常温下正常工作，生产技术成熟，价格便宜。铅酸电池的放电和充电的过程可以用下列化学反应方程式表示：PbO2 + 2H2SO4 +Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4 正极 负极 正极 负极 铅酸电池在放电过程时，化学反应是由左向右进行的，其相反过程为充电过程的化学反应。单体铅酸蓄电池的电压为2V，在使用一段时间后，电池电压降到1.8V以下，或H2SO4溶液的密度下降到1.2/cm³时蓄电池就要充电，如果电压继续下降，电池就会损坏。 如图2.1铅酸电池基本是单体电池

13、。每个单体电池都由正极板、负极板和隔板组成。铅酸电池总成经过灌装电解液和充电后，就可以从铅酸电池的接线柱上引出电流。铅酸蓄电池通常采用密封，并在电解液中加入硅酸胶，形成一种胶体电解质。使用起来会更加方便。 铅酸蓄电池虽然较高的比能量和比功率、良好的循环寿命，以及快速充电等性能但铅酸蓄电池十分笨重，电池中存在着大量的铅，在废弃后若处理不当，将对环境产生污染。 2.1铅酸蓄电池结图构2.1.2镍-镉电池 镍-镉电池是一种碱性电池，是混合动力车的首选电池之一。镍-镉电池极板强度高，工作电压平稳，能带电充电，深度放电性能好。循环使用寿命长，是铅酸电池的2倍。采用全密闭外壳，可在真空环境下工作。为了提高

14、镍-镉电池的寿命和改善高温性能，通常在电解液中加入氧化锂。以羟基氢氧化镍为正极，金属镉为负极，水溶性氧化钾为电解液，电解液在化学反应中不会被消耗。镍-镉电池的化学反应方程式为： 2Ni(OH)3 +2KOH +Cd =2Ni(OH)2 +2KOH+ Cd(OH)2正极 负极 正极 负极如图2.2所示为镍-镉电池的结构，每个单体电池都由正极板、负极板与隔板组成。将单体电池组合就得到不同电压和不同容量的的镍-镉电池 。在灌装电解液并充电后，就可以在接线柱上引出电流。图2.2镍-镉电池结构 镍-镉电池有记忆效应，镍是一种有害金属，报废后必须回收。但镍-镉电池的成本是铅酸电池的45倍，购置费用较高，但

15、循环使用寿命与比能量比铅酸电池高，总的费用不超过铅酸电池的费用。所以日本本田公司、雪铁龙公司都采用过镍-镉电池。2.1.3镍-氢电池 镍-氢电池是一种碱性电池，镍-氢电池是比能量可达到7080W·h/kg，是铅酸电池的2倍，能够提高混合动力车的启动性能和加速性能。镍-氢电池可以带电充电，并可以快速充电，在15分钟内可以充60%的容量，1小时就可以充满。循环寿命可以达到1000次以上。在低温的条件下，也能够长时间存放。在电池充电过程中，水在电解质液体中分解为氢离子与氢氧根离子，氢离子被负离子吸收，负极由金属转化为金属氧化物。放电过程中，氢离子和氢氧根离子在电解质中结合成水并释放电量。化

16、学方程式如下：2NiOOH + KOH + H2= Ni(OH)2 +KOH + Ni(OH)2正极 负极 正极 负极 如图2.3镍-氢电池的基本单元是由电池，每个单体电池都由正极板、负极板和隔膜组成。额定电压为13.2v，然后将单体电池按使用组成不同电压和不同电容的镍-氢电池总成。通常镍-氢电池有圆形与方形两种。 图2.3镍-氢电池结构图镍-氢电池中没有Pb。Cd金属元素，不会对环境造成影响，镍-氢电池可以随充随放，不会出现镍-镉电池的记忆效应。循环使用次数是铅酸电池的3倍。但在高温下，自放电损耗较大，价格较贵。镍-氢电池的比功率和放电能力消耗比镍-镉电池小，但价格更贵。 2.1.4锂离子电

17、池 锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先向市场推广的电池。按照锂离子电池形状可分为圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池等。汽车用的锂离子电池主要为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池。镍钴锂离子电池或镍钴锂离子锂离子电池。锂离子电池正极材料采用锂化合物LiCo2、LiNiO2、LiMnO4，负极采用锂-碳化合物LixC6,电解液为有机溶液。以LiCo2为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池，正、负极的化学反应如下：LiCo2Li1xCoO2+xLi+xe- 6C+xLi+xe-LixC6 总反应为LiCo2+6CLi1-xCoO2+LixC6如图2.4锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液等组成的。

18、电池在充电时，锂离子从正极材料的晶体中脱出，通过电解质溶液和隔膜嵌入负极；放电时，锂离子从负极里脱出，嵌入正极材料晶格中。图2.4圆柱形锂离子电池图锂离子电池与其他蓄电池相比，锂离子电池具有高电压、比能量高、充放电时间长、无记忆效应、无污染、快速充电等优势。2.2混合动力车电池方案确定2.2.1本设计中电池方案优选将四种电池的从工作电压、比能量、循环寿命等方面进行对比。工作电压：锂离子电池工作电压为3.6v，是镍-氢和镍-镉电池的3倍，铅酸电池的5倍。比能量：锂离子电池比能量达到150W·h/kg，是镍-镉电池的3倍，镍-氢电池的1.5倍。循环寿命：锂离子电池的循环寿命已达到1000

19、次以上，在低放电深度下可达几万次。自放电率：锂离子电池自放电率仅为6%8%，远低于镍-镉电池（25%30%）和镍氢电池（15%20%）。记忆性：锂离子电池没有记忆效应，而镍-氢与镍-铬电池都有一定记忆性对环境影响：铅酸电池与镍-铬电池中都有有害金属，而镍-氢电池与锂离子电池不存在有害物质，是名副其实的绿色电池。考虑到以上四种电池的特点，再结合蓄电池的性能指标。锂离子电池在工作电压，比能量上有着显著的优势，所以本设计采用锂离子电池作为混合动力车电池。第3章 混合动力车锂离子电形状选择3.1锂离子电池结构分类很早以前就将动力电池的封装归为三类，形状主要有圆柱形、方形、方软包三种。3.1.1圆柱形锂

20、离子电池所有电池形状都是通过圆柱圈绕、方形圈绕以及方形叠加最终变成圆柱、方形以及软包电池。圆柱形电池使用的是不锈钢外壳，在封包时圆柱与圆柱间可以很好的散热。安装时一般车子的正下方，有些混合动力车会把圆柱形电池组安装在后备箱下方，来均匀车子的配重，但后备箱空间就变得很小。3.1.2方形锂离子电池方形电池会比圆柱电池可塑性强，可以根据产品的具体要求来定制化设计。所以会导致大小不一，并没有圆柱形电池那样的清晰的标准划分。方形电池一开始也是使用不锈钢外壳但更轻的铝制外壳在方形电池上推广，但在封包上不能像圆柱形电池一样紧紧的排在一起，单体之间不仅不能散热还会引起安全问题。安装时一般也在车子下方。3.1.

21、3软包锂离子电池软包电池采用的是叠加的制造方式，所以在同容量的密度下重量是最轻的，体积更加纤薄。软包电池也可以根据需求进行定制，大到汽车电池小到手机电池大小。软包电池外壳选用的是纤薄的铝塑膜作为外壳，在重量和体积上有天生优势。因为软包电池更加灵活，可以组成小型电池放在后备箱下方也可以做成T型布局。3.2混合动力车电池形状的确定在三类电池的设计上各有优缺点，方软包电池在设计灵活性能更强，并兼具重量低、密度高以及安装方面便利都优于圆柱形电池与方形电池，而且软包技术是实现电池轻量化和高密度的一种重要手段。所以本设计采用软包电池。第4章 软包电池结构和主要零件设计4.1软包电池主要零部件设计4.1.1

22、正极 目前锂离子电池使用的正极材主要是锂过渡金属氧化物，这类材料包括层状结构的LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2等过渡金属氧化物和尖晶石结构LiMn2O4，另一类是聚阴离子类正极材料。锂离子电池正极材料的选择应具备：l 原料要价格低廉易得，制作工艺简单。l 应具备嵌入/脱嵌锂电位高、锂容量高，以保证电池较高的工作电压和电池的比能量和比容量。l 在全理化状态下在空气中稳定。l 高度嵌入/脱嵌锂可逆性l 温和的电极过程材料质量分数/%真实密度/（g/cm³）质量比容量/（mA·h/g）正极LiCoO295.04.97140PVDF3.01.78-Super-P2.02-表

23、4.1锂离子电池正极材料本次设计中采用LiCoO2材料为正极材料。表4.1为正极配方。4.1.2负极锂离子电池的负极是将负活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。目前，锂离子电池采用的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳等。理想的锂离子电池负极材料应具备：l 嵌入锂的晶格多，具有高的比容量。l 在电解液中具有良好的导电性。l 嵌入其中的锂离子尽可能的脱出，以降低损失。l 随着充放电反应，其结构变化要小。l 电极的成型性能要好。l 材料易得，制作工艺简单，以降低电池成本。本设计中负极采用石墨为负极材料，表3.2为负极配方：表4.2锂离子电

24、池负极材料材料质量分数/%真实密度/（g/cm³）质量比容量/（mA·h/g）负极C94.52.2330CMC1.51.3-SBR3.01-Super-P1.02-4.1.3隔膜 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，来防止两级接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的材质是不能导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。除了具备基本性能外，还应具备：l 化学性稳定，所用材料能耐有机溶剂。l 机械强度大，防止短路。l 为了减小电阻，膜的厚度必须足够薄。l 当电池异常时，热塑性隔膜发生熔融，微孔关闭，变为绝缘体，防止电解液

25、通过。l 保持电解液，要能被有机电解液市容，在反复放电中保持高度湿润与吸液量。从图4.3可见，隔膜可以分为半透膜和微孔膜两大种类。本次设计中采用pp隔离膜。表4.4为pp隔离膜材料性质。图4.3电池隔膜分类表4.4 PP隔离膜材料性质材料宽/mm厚/mm密度/（g/cm³）孔隙率质量/gPP隔离膜-0.0160.9245%0.2104.1.4电解液锂离子电池一般使用有机溶液为电解液。为了使主要电解质成分的锂盐溶解，一般有EC:PC:DMC 1.2M LIPF6电解液、EC:EMC 1.2M LIPF6 电解液、EC:DEC 1M LIPF6电解液。本次设计中的电解液必须具有：l 高电

26、容率，并且具有与锂离子相容性好的溶剂。l 必须呈液体状态，凝固点低，沸点高。l 电解液对于活性物质具有化学反应。l 具有良好的导电性。l 必须对电池安全。本次设计中使用的电解液为EC:PC:DMC(1:1:3)/1.2M LIPF6电解液第5章 软包锂离子电池设计5.1带电状态下裸电芯尺寸计算带电状态下裸电芯尺寸通过电池最终尺寸结合外包装情况，计算带电状态下裸电芯尺寸。（电池一般为50%荷电）设计中电池厚=2.95mm 电池宽39.50mm 电池长48.5mm图5.1为电池铝塑膜冲膜图，表5.2为铝塑膜材料性质。带电状态裸电芯厚=电池厚度-铝塑膜厚度×2带电状态裸电芯长=冲膜内坑长度

27、带电状态裸电芯宽=冲膜内坑宽度图5.1铝塑膜冲膜图表5.2 铝塑膜材料性质材料厚/mm密度/（g/cm³）质量/g铝塑膜0.1151.5631.288设计中带电状态裸电芯厚=2.95-2×0.115=2.72mm带电状态裸电芯长=43.1mm带电状态裸电芯宽=37.6m5.2锂离子卷绕层数、极片密度计算设计中软包电池容量平衡系数为1.08；正极冷压密度为3.6g/cm³；负极冷压密度为1.5g/cm³；烘烤后正负极膜片反弹系数为1.02；半电状正极膜片总反弹系数为1.08；半电状负极膜片总反弹系数为1.15。Al箔与Cu箔材料性质用表5.3来表示。表5.

28、3 Al箔与Cu箔材料性质材料厚/mm密度/（g/cm³）导电率/10¯8·m质量/gAl箔0.0162.62.65480.56Cu箔0.0128.581.67801.25本设计中将一层正极厚度、一层负极厚度与两层隔膜厚度定义为一层卷绕厚度。通过裸电芯的厚度及选着正负极最大面密度确定卷绕的层数。 层数= （5.1）（上述式中不考虑极耳、胶纸厚度的影响）一层卷绕厚度（带电状态）=正极厚度（带电状态）+负极厚度（带电状态）+2×隔离膜厚度 （5.2）正（负）极厚度（带电状态）=×2×带电状态正（负）极片总膨胀系数+极流体厚度 （5.3）负

29、极面密度= （5.4）本设计中取正极最大密度为22mg/cm²,把22mg/cm²带入式（5.4）得负极最大密度： 负极最大面密度=10.13（mg/cm²）本设计中取正极冷压厚度0.148mm、负极冷压厚度0.167mm带入式（5.3）得正、负极半带电状态厚度：正极半电状态厚度(22mg/cm²面密度)=(0.138-0.016)×1.08+0.016=0.148(mm)负极半电状态厚度(10.13mg/cm²面密度)=(0.147-0.012)×1.15+0.012=0.167(mm)将正极半电状态厚度0.148mm和负

30、极半电状态厚度0.167mm带公入（5.2）得出对应半电状态一层卷绕厚度：对应半电状态一层卷绕厚度=0.148+0.167+2×0.016=0.347（mm） 将对应半电状态一层卷绕厚度0.347带入式（5.1）得出卷绕层数： 卷绕层数=7.784（层） （计算中如果不是整数就采取四舍五入方法） 本设计中采取卷绕层数为8层，再将卷绕层数带入（5.1）重新计算对应半电状态一层卷绕厚度：对应半电状态一层卷绕厚度=0.338（mm）最后通过卷绕层数及裸电芯厚度确认正负极密度：带电状态正极膜片厚度(双层)+带电状态负极膜片厚度(双层)=0.338-2×0.016-0.012-0.0

31、16=0.278（mm）带电状态正极膜片厚度=正极面密度÷3.6÷100×2×1.08 带电状态负极膜片厚度=负极面密度÷1.5÷100×2×1.15所以：(正极面密度÷3.6÷100×2×1.08)+(负极面密度÷1.5÷100×5×1.15)=0.278 （5.5）=1.08 （5.6） 联合式（5.5）与式（5.6）计算得出： 正极面密度=21.28mg/cm²负极面密度=9.80mg/cm² 层数=8层 5.

32、3裸电芯厚度计算 裸电芯厚度及电池厚度确定可以根据已知正、负极面密度来计算裸电芯厚度。冷压后正(负)极极片厚度=×2+极流体厚度 （5.7）烘烤后正(负)极极片厚度=×2×烘烤后膜片反弹率数+集流体厚度 （5.8）烘烤后一层卷绕厚度=烘烤后正极极片厚度+烘烤后负极极片厚度+2×隔离膜厚度 （5.9） 裸电芯厚度=铝塑膜冲膜深度=烘烤后一层卷绕厚度×层数+铝箔厚度 （5.10）将正极面密度=21.28mg/cm²与负极面密度=9.80mg/cm²代入式（5.7）和（5.8）：冷压后正极极片厚度=21.28÷3.6&#

33、247;100×2+0.016=0.134（mm）冷压后负极极片厚度=9.8÷1.5÷100×2+0.012=0.143（mm）烤烘后正极极片厚度=21.28÷3.6÷100×2×1.2+0.016=0.137（mm）烤烘后负极极片厚度=9.8÷1.5÷100×2×1.03+0.012=0.147（mm）半电状态正极极片厚度=21.28÷3.6÷100×2×1.08+0.016=0.144（mm）半电状态正极极片厚度=9.8÷

34、1.5÷100×2×1.15+0.012=0.162（mm）将烤烘后正极极片厚度0.137mm和烘烤后负极极片厚度0.147代入式（5.9）：烘烤后一层卷绕厚度=0.137+0.147+2×0.016=0.315（mm）将烘烤后一层卷绕厚度代入式（5.10）：裸电芯厚度=铝塑膜冲膜深度=（0.137+0.147+2×0.016）×8+0.016=2.54（mm） 半电状态裸电芯厚度=铝塑膜冲膜深度=（0.144+0.162+2×0.016）×8+0.016=2.72（mm）5.4卷芯计算卷针的关键尺寸为卷针的周长：

35、卷针周长=（冲膜内坑宽度-裸电芯厚度）×2 （5.11）对于长方形的卷针的周长=（卷针宽+卷针厚）×2 （5.12）把图5.1中数据和裸电芯厚度2.72mm代入式（5.11）：卷芯周长=（37.6-2.72）×2=69.76（mm）假设本设计卷针为长方形卷针，卷针总厚度为1.2mm，代入（5.12）：卷针长度=69.76÷2-1.2=33.68（mm）5.5极片、隔离膜尺寸计算极片、隔离膜宽度确认：因极片、隔离膜宽度方向在过程中无变化，故通过裸电芯的长度确定隔离膜及极片的宽度。一般情况尺寸如下：隔离膜宽度=裸电芯长度-隔离膜压缩的尺寸（隔离膜压缩尺寸取0

36、0.5mm）（5.13）负极宽度=隔离膜宽度-负极与隔离膜错位宽度（一般取2mm） （5.14）正极宽度=负极宽度-正极与负极错位宽度（一般取1mm） （5.15）一般负极与隔离膜错位宽度，正极与负极错位宽度取值以卷绕的能达到的精度来确认。将裸电芯长度43.1mm带入式（5.13）、（5.14）、（5.15）中得：隔离膜宽度=43.1+0.4=43.5（mm）正极宽度=Cu箔宽度=43.5-2=41.5（mm）负极宽度=Al箔宽度=41.5-1=40.5（mm）负极极片总长度=层数×卷针周长÷2+÷2×2×（烘烤后正极极片厚度+隔离膜厚度+烘烤

37、后负极极片厚度÷2）+（层数-2）×（烘烤后正极极片厚度+烘烤后负极极片厚度+2×隔离膜厚度）×（层数-1）/2（5.16）正极极片总长度=（层数+1）×卷针周长÷2+÷2×2×（烘烤后负极极片厚度+2×隔离膜厚度+烘烤后正极极片厚度÷2）+（层数-1）×（烘烤后正极极片厚度+烘烤后负极极片厚度+2×隔离膜厚度）×层数/2（5.17）将烘烤后负极极片厚度0.147mm、烘烤后正极极片厚度0.187mm和隔离膜厚度0.016代入式（5.16）和（5.17）：

38、正极=Al箔长度=（8+1）×69.76÷2+3.14÷2×2×（0.137/2+0.016×2+0.147）+（8-1）×0.315×8÷2=331（mm）负极=Cu箔长度=8×69.76÷2+3.14÷2×2×（0.137+0.016+0.147÷2）+（8-2）×0.135×（8-1）÷2=292（mm）隔膜长度=（负极总长度+设计余量）×2 （5.18）把负极总长度代入式（5.18）：隔离膜长度=2

39、92×2+10=594（mm）5.6电解液质量计算电解液作用为电池内部的离子导电，所以其理论用量应覆盖到电芯内所有空隙，此孔隙包括正负极膜片以及隔离膜。由式（5.19）表示：理论电解液体积=正极膜片孔隙率体积+负极膜片孔隙率体积+隔离膜孔隙体积（5.19）其中：隔离膜的孔隙体积=隔离膜的总体积×隔离膜的孔隙率 （5.20）正（负）极膜片孔隙率=正（负）极膜片总体积×膜片孔隙率 （5.21）关键膜片孔隙在总体积中所占的比例计算，由式（5.22）计算。 膜片孔隙率=1-膜片的冷压密度/材料的平均真实密度 （5.22）根据图4.1与图4.2的数据可以计算出正、负极膜片真

40、实密度：正极膜片真实密度=1÷（95%÷4.97+2%÷2.00+3%÷1.78）=4.587（g/cm³） 负极膜片真实密度=1÷(94.5%÷2.2+0.015÷1.3+0.03÷1+0.01÷2)=2.10(g/cm³)将正极膜片真实密度4.587g/cm³和负极膜片真实密度2.10g/cm³带入式（5.22）：正极膜片孔隙率=1-3.6÷4.587=20.4%负极膜片孔隙率=1-1.5÷2.10=28.6%将正极膜片孔隙率20.4%与负极

41、膜片孔隙率28.6%带入式（5.21）： 正极膜片孔体积=40.5×（2×331-2×5-10-76-4）×（0.134-0.016）×20.4%=547.9（mm³）负极膜片孔体积=41.5×（2×292-2×3-6）×0.143×28.6%=970.8（mm³）将隔离膜长度594mm与隔离膜宽度43.5mm和表4.4内数据带入式（5.20）： 隔离膜孔体积=594×43.5×0.016×45%=186.0（mm³）将负极膜片孔体积9

42、70.8mm³、正极膜片孔体积547.9mm³ 隔离膜孔体积186.0mm³带入（5.19）：理论电解液体积=547.9+970.8+186.0=1704.8（mm³）在实际应用中一般用电解液的质量来算，对于软包电池，因为要抽真空并没有多余的存储空间，故常用式（5.23）计算： 实际电解量=理论电解液量×系数（约为1.06） 电解液质量=电解液体积/电解液密度（密度约为1.2g/cm³）（5.23）将理论电解液体积1704.8mm³带入（5.23）： 电解液质量=1704.8×1.2÷1000×

43、1.06=2.17(g)5.7电芯质量计算电芯质量=各个材料质量总和 =正极集流体质量+正极膜片质量+负极集流体质量+负极膜片质量+隔离膜质量+电解液质量+正极极耳质量+负极极耳质量+胶纸质量+外壳质量 （5.24）根据式（5.25）可以计算出正、负膜片质量： 正（负）膜片质量=正（负）极面密度÷1000÷100×正（负）极宽度×正（负）极长度 （5.25）将数据正极面密度21.28mg/cm²、正极长度331mm、正极宽度40.5mm带入式（5.25）：正极膜片质量=21.28÷1000÷100×40.5

44、5;（2×331-2×5-10-76-4）=4.4844（g） 将数据负极面密度9.80mg/cm²、负极长度292mm、负极宽度41.5mm带入式（5.25）：负极膜片质量=9.80÷1000÷100×41.5×（2×292-2×3-6）=2.326（g）Al极耳、Ni极耳材料性质用表5.4表示，从中得出正极极耳与负极极耳质量。表5.4 Al极耳、Ni极耳材料性质材料宽/mm厚/mm密度/（g/cm³）导电率/10¯8·m质量/gAl极耳30.082.72.65480.03

45、9Ni极耳30.088.96.84000.128将表4.4pp隔离膜质量0.210g、表5.2铝塑膜质量1.288g、表5.3Al箔质量0.56g与Cu箔1.25g和上列已知数据带入式（5.24）：电芯质量=0.56+1.25+4.844+2.326+0.210+1.288+0.039+0.128+2.17=12.8（g）5.8容量、内阻计算锂离子电池容量是由正极活性物质质量决定的，其表达式为（5.26）： 容量=正极膜片质量×正极质量分数×质量比容量 （5.26）将正极膜片质量4.844g与表4.1数据带入式（5.26）：容量=4.844×0.95×140=664（mA·h）在本次设计的电池中内阻为电极箔与极耳内阻之和。在当前使用的材料中，膜片的影响较小。集流体电阻、极耳电阻可以通过材料的电导率及导电长度计算得到：内阻=电导率×长度÷面积 （5.27）将Cu箔、Al箔、Al极耳、Ni极耳等数据带入式（5.27）： Cu箔电阻=1.678×（292÷2）÷（0.012×41.5）÷100=4.92（m） Al箔电阻=2.6548×（331÷2）÷（0.016×40.5）&