鉅大LARGE | 點擊量：2020次 | 2021年04月25日
鋰電技術(shù)； 18650圓柱電池設(shè)計要點
眾所周知，市場上主流的鋰離子電池按照殼體類型和形狀可分為三大類：軟包、方形鋁殼和圓柱。自從2015年國內(nèi)新能源汽車開始火爆以來，動力鋰離子電池也是迎來了少見的黃金期，當然這是和國家政策和補助直接關(guān)聯(lián)的。究竟軟包、方形鋁殼和圓柱三種類型電池哪一種最適合動力汽車？
事實上各有優(yōu)點，且每家情況不一，所以是仁者見仁智者見智，討論是沒有結(jié)果和意義的。
一、注液量：
一般來說，三元系186502.6-3.2Ah圓柱電池注液量在5-5.5g之間。具體注液量要看正負極材料的物理參數(shù)（比表面積、形貌、粒徑分布）、卷繞松緊度、面密度、壓實密度等。
假如注液量不足，會造成內(nèi)部無法完全浸潤，內(nèi)阻偏大，循環(huán)次數(shù)少等。嚴重的會導(dǎo)致析鋰進而發(fā)生危險；假如注液量過大，會造成內(nèi)部空間不足（內(nèi)壓大）、容量衰減快、新增成本等。這里說一下，注液量大會造成容量衰減快是因為負極，特別是溫度高和在充電過程中的時候，富裕游離態(tài)電解液會和活性較大負極鋰碳化合物反應(yīng)，消耗有效物質(zhì)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一般廠家確定注液量的方法是將卷繞好的電芯浸入電解液中，計算前后差重，再富余0.2-0.4g，最后即為最佳注液量。當然，此方法雖然簡單可行，但嚴謹性不足。最好的方法是梯度注液量分別做電化學(xué)性能實驗，最終兼顧倍率、高低溫、循環(huán)等。
具體的也要看電池的具體用途來確定合適注液量是比較科學(xué)的。
錳鋰鐵鋰等原理基本類似。不贅述。
二、松緊度：
松緊度的計算是正極、負極、隔膜和卷針空隙的底面積總和除以圓柱電池內(nèi)底面積。一般為88%-93%。
同樣，具體松緊度要看電池的用途和你要求的最終電池的各項性能決定的。松緊度太低，會造成空間浪費成本新增、電解液難以浸潤（耗液）、電芯晃動等；松緊度過高，會造成后續(xù)電芯膨脹導(dǎo)致的空間不足，影響電化學(xué)性能、內(nèi)壓大CID易斷開等。
一般來說，倍率電池松緊度低一些，一般在91%以下；容量電池松緊度高一些，有的甚至能超過95%。其中原因可以可以思考一下，很簡單。
要說明的是，考慮到材料不同（如負極物性參數(shù)）、設(shè)計參數(shù)不同（如壓實密度）等，后續(xù)電池膨脹系數(shù)也不同。我們設(shè)計的時候要實際綜合考慮。
三、極耳數(shù)：
極耳數(shù)新增只能有限的新增電池的交流內(nèi)阻，和最終使用過程中的直流內(nèi)阻沒有直接關(guān)系。且新增極耳數(shù)會新增電池工藝設(shè)計難度，新增成本和最終使用風險。所以為了新增最終電池容量或者倍率性能而片面新增極耳數(shù)是否可行，設(shè)計時一定要慎重。
原因大概說一下：新增極耳數(shù)意味著留白和極耳焊工序新增機器、材料和人工，成本自然新增；新增極耳數(shù)也會影響極片張力，造成張力不均，新增卷繞難度和風險；極耳處焊點包膠處理不當會刺穿隔莫；極耳處電流密度最大，電極電勢最低，新增了析鋰的概率。
一般設(shè)計是，容量電池正負極各一個極耳足以；倍率電池可以考慮多加極耳，但最終決定性能的是直流內(nèi)阻。
舉個例子：正常不含PTC電池正負極各一個極耳，交流內(nèi)阻為30m，1C放電直流內(nèi)阻為50m；現(xiàn)在負極新增一個極耳，交流內(nèi)阻為20m，但1C放電直流內(nèi)阻可能為48m。所以說，最終看的是電池的濃差極化和電化學(xué)極化帶來的直流內(nèi)阻。
一句話，極耳數(shù)新增有利有弊，具體看要求。
四、中心針：
有些圓柱電池廠家最后會在卷針中心放置不銹鋼卷心針。
基本參數(shù)（力神卷芯為例）：
中心針
材質(zhì)
長度mm
外徑mm
內(nèi)徑mm
質(zhì)量g
強度
價格
不銹鋼
59.3
2.5
2.0
0.33
極高
0.07元
其用途為：
1、內(nèi)部支撐用途：
電池在使用過程中會發(fā)生很多次鋰離子的脫嵌反應(yīng)，同時內(nèi)部材料也會隨著時間發(fā)生老化現(xiàn)象。這就會造成電池在循環(huán)到一定次數(shù)的時候整個卷芯可能發(fā)生變形，由于卷芯內(nèi)部存在空腔，就會無法阻止卷芯向內(nèi)部形變的應(yīng)力，輕則電池由于形變會導(dǎo)致電化學(xué)性能變差，重則可能發(fā)生內(nèi)短路，繼而發(fā)生安全威脅。
如上圖所示，電池循環(huán)一定次數(shù)后，卷芯內(nèi)部有塌陷現(xiàn)象，且整體電芯有輕微形變。而有中心針電芯不會出現(xiàn)此情況。
2、應(yīng)對電池噴射試驗：
鋰離子測試UL1642中有噴射測試(ProjectileTest)，即要求電池被高溫加熱時不能有電芯或電池的部分穿透篩網(wǎng)或整個電芯或電池突出篩網(wǎng)，即不能有異物噴出較大距離。有中心針可以新增一個氣體噴出的通道，如此一來卷芯就不會噴出。如下圖是有中心針的圓柱電池，燃燒后沒有物質(zhì)噴出。
中心針有利有弊，具體是否要要看具體要求和工藝控制等。以我來看，是沒有必要的。
五、極片對應(yīng)：
極片對應(yīng)分四種：1、正極粉料對應(yīng)負極粉料2、正極粉料對應(yīng)負極箔材、3正極箔材對應(yīng)負極粉料4正極箔材對應(yīng)負極箔材。
其中2我們很好理解，如此設(shè)計會造成負極箔材析鋰，后果很嚴重，故不可取。
事實上3也同樣嚴重，我們設(shè)計中一定要杜絕！
