【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，具体涉及一种锂电池单体最优群裕度区间的确定方法。
技术介绍
1、锂离子电池由于具有能量密度高、循环性能好和倍率性能优异等特点，已广泛使用于各种便携式电子产品，也在逐步应用于新能源汽车和各种形式的储能基站中。目前常见的锂电池单体根据其电芯和外壳的结构大致有如图1～图3所示的3种：即图1所示的方形卷绕式电芯和方形外壳结构、图2所示的堆叠体式电芯和方形外壳结构、图3所示的圆形卷绕式电芯和图形外壳结构，基于市场对电池能量密度越来越高的要求，设计和生产时往往会尽可能增加电芯的极片层数或涂布厚度，以尽量在有限的空间内提高电池容量。考虑到锂电池电芯的正负极材料在充放电过程中存在不同程度的膨胀和收缩，需要引入锂电池单体群裕度q的概念（锂电池单体群裕度q等于电芯厚度a与外壳厚度b之比，也即q＝a/b，参见图1～3），以调控电芯的入壳工艺难度、电芯极片化成工艺后的良品率以及充放电膨胀压力等。锂电池单体若采用较低的群裕度设计，化成过程中因电芯与壳体无法紧密贴合、缺少外部应力束缚，导致活性材料表面无法形成致密的sei膜、且易使得化成时极片、隔膜打皱，增加不良品比例并带来较高的安全风险的技术问题；若采用较高的群裕度设计，则又会带来生产时电芯入壳困难、充放电使用过程中因极片过度膨胀对壳体结构或产品性能造成影响的技术问题。
2、目前锂离子电池单体的群裕度设计大多依赖于经验参数，新产品的研发和迭代过各中对群裕度的选择主要基于相关设计和生产人员的项目经验，通过试错的形式逐步完成锂离子电池单体最优群裕度的筛选。然而，由于锂电池极片
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：为解决现有技术中存在的问题，提供一种锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，利用该方法能够方便快捷地给出锂电池单体最优群裕度参数区间，供生产设计人员选择。
2、本专利技术的技术方案是：本专利技术的锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，包括以下步骤：
3、第一步，测量锂电池正极极片厚度相关参数：包括测量涂布并经辊压、干燥后，化成充电前的正极极片厚度α；首次化成充电后，完全脱锂状态下的正极极片厚度α1，以及首次化成充电后再放电，完全嵌锂状态下的正极极片厚度α2；
4、第二步，测量锂电池负极极片厚度相关参数：包括测量涂布并经辊压、干燥后，化成充电前的负极极片厚度β；首次化成充电后，完全嵌锂状态下的负极极片厚度β1，以及首次化成充电后再放电，完全脱锂状态下的负极极片厚度β2；
5、第三步，根据锂电池电芯卷绕或堆叠工艺和设计要求，确定电芯的正极极片的层数nα、负极极片的层数nβ，以及隔膜的层数nγ；
6、第四步，将锂电池电芯所用的隔膜标称厚度记为γ，根据式（1）计算入壳时电芯的厚度a：
7、a＝α×nα＋β×nβ＋γ×nγ （1）；
8、第五步，基于锂电池电芯嵌、脱锂状态下的极片厚度变化，利用式（2）计算电池外壳厚度b的最大值bmax；利用式（3）计算电池外壳厚度b的最小值bmin：
9、bmax＝α1×nα＋β1×nβ＋γ×nγ （2）；
10、bmin＝α2×nα＋β2×nβ＋γ×nγ （3）；
11、第六步，根据第四和第五步的计算结果，利用式（4）计算确定锂电池单体最优群裕度区间qy：
12、a×z/bmax＜qy＜a×z/bmin （4）；
13、式（4）中，参数z为考虑正负极极片在化成首次充电过程中有cei和sei膜层产生对电芯厚度的增长有一定影响而相应设定的修正系数；修正系数z的限值范围为0.8<z<1.0，修正系数z的具体取值根据产品设计、工艺流程、材料和电解液特性的不同相应确定。
14、进一步的方案是：上述第一步中，根据锂电池设计和材料特性的不同，厚度α的数值范围为 20μm<α<200μm；厚度α1与厚度α间的关系为0.9<α1/α<1.0；厚度α2与厚度α间的关系为1.0<α2/α<1.1。
15、进一步的方案是：上述第二步中，根据锂电池设计和材料特性的不同，厚度β的数值范围为20μm<β<200μm，厚度β1与厚度β间的关系为1.1<β1/β<1.5；厚度β2与厚度β间的关系为0.7<β2/β<1.1。
16、进一步的方案是：上述第三步中，电芯的正极极片的层数nα、负极极片的层数nβ和隔膜的层数nγ三个层数间存在的关系为 nα+1=nβ，nβ+3=nγ。
17、本专利技术具有积极的效果：本专利技术基于锂离子电池正负极材料在充放电过程发生的周期性膨胀和收缩，通过锂离子电池设计生产前测量其涂布极片不同含锂量下的厚度，计算其最优群裕度区间，以指导锂电池设计和工艺人员更好地平衡能量密度、循环寿命、工艺难度、产品良率与安全性间的关系，避免了常规群裕度设计对经验参数的依赖和频繁试错带来的人力、设备和资源成本等浪费，并且不受电芯体系(三元、磷酸铁锂、钴酸锂等)的影响。
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1.一种锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，其特征在于：所述第一步中，根据锂电池设计和材料特性的不同，厚度α的数值范围为 20μm<α<200μm；厚度α1与厚度α间的关系为0.9<α1/α<1.0；厚度α2与厚度α间的关系为1.0<α2/α<1.1。
3.根据权利要求1所述的锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，其特征在于：所述第二步中，根据锂电池设计和材料特性的不同，厚度β的数值范围为20μm<β<200μm，厚度β1与厚度β间的关系为1.1<β1/β<1.5；厚度β2与厚度β间的关系为0.7<β2/β<1.1。
4.根据权利要求1所述的锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，其特征在于：所述第三步中，电芯的正极极片的层数Nα、负极极片的层数Nβ和隔膜的层数Nγ三个层数间存在的关系为 Nα+1=Nβ，Nβ+3=Nγ。
【技术特征摘要】
1.一种锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂电池单体最优群裕度区间的确定方法，其特征在于：所述第一步中，根据锂电池设计和材料特性的不同，厚度α的数值范围为 20μm<α<200μm；厚度α1与厚度α间的关系为0.9<α1/α<1.0；厚度α2与厚度α间的关系为1.0<α2/α<1.1。
3.根据权利要求1所述的锂电池单体最优群裕度区间的确定方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：李召阳，刘定宏，董文楷，张海波，易爱斌，王治中，
申请(专利权)人：中汽研汽车检验中心常州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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