二次电池群裕度的设计方法和计算方法与流程

本发明涉及电池，尤其是涉及一种二次电池群裕度的设计方法和计算方法。

背景技术：

1、在电池设计中，会考虑极片的膨胀，设计一定空间容纳电极组件膨胀所带来的厚度增加，即群裕度设计。群裕度是指电池单体实际内部横截面面积与最大内部截面积的比例。以卷绕式电池单体为例，将电池单体横向切开，卷绕式电极组件各物质的截面积与电池单体壳体内径包含的面积的比值。

2、现有技术中，群裕度的设计方法通常是通过经验值或通过拆解全电池极片的方法来获取数值计算群裕度，此方法是通过实验结果反馈得来，导致周期较长、并且结果滞后。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种二次电池群裕度的设计方法，以解决上述问题中的至少一种。

2、本发明的第二目的在于提供一种二次电池群裕度的计算方法，以解决上述问题中的至少一种。

3、第一方面，本发明提供了一种二次电池群裕度的设计方法，包括以下步骤：

4、a. 获得待设计电池的三电极电池，记录三电极电池充电达到截止电压时的正极电位v1正和负极电位v1负；记录三电极电池放电达到截止电压时的正极电位v2正和负极电位v2负；

5、b. 以锂片为电极，分别制备三电极电池的正极半电池和负极半电池，所述正极半电池的充放电截止电压与三电极电池的正极相同，所述负极半电池的充放电截止电压与三电极电池的负极相同；

6、c. 半电池化成后，进行充放电测试，使得半电池极片厚度稳定；

7、d. 拆解半电池，获得正极半电池电位为v1正时的正极片厚度和负极半电池电位为v2负时的负极片厚度，并计算正极片和负极片的膨胀率，根据膨胀率计算待设计电池电芯的截面积，根据电芯的截面积和电池壳体内部的截面积设计待设计电池群裕度。

8、作为进一步技术方案，所述充放电测试的循环次数为2-20次。

9、作为进一步技术方案，所述膨胀率的计算公式为：s正=（t2正-t1正）/t1正；

10、s负=（t2负-t1负）/t1负；

11、其中，s正为正极片的膨胀率，t2正为d步骤测得的正极片厚度，t1正为化成前的正极片厚度；s负为负极片的膨胀率，t2负为d步骤测得的负极片厚度，t1负为化成前的负极片厚度。

12、作为进一步技术方案，根据待设计电芯的厚度计算待设计电池电芯的截面积；

13、所述待设计电池电芯的厚度为：h=n1×t1正×（1+s正）+n2×t1负×（1+s负）+n3×t隔膜；

14、其中，h为待设计电池电芯厚度，n1为正极片折数，n2为负极片折数，n3为隔膜折数，t隔膜为隔膜厚度。

15、作为进一步技术方案，所述群裕度的计算公式为：η=δ1/δ2；

16、其中，η为群裕度，δ1为待设计电池电芯的截面积，δ2为电池壳体内部的截面积。

17、作为进一步技术方案，所述群裕度的取值为95%-99%。

18、作为进一步技术方案，所述待设计电池包括锂离子电池或钠离子电池；

19、所述待设计电池的类型包括卷绕电池或叠片电池。

20、第二方面，本发明提供了一种二次电池群裕度的计算方法，包括以下步骤：

21、a1. 获得待测电池的三电极电池，记录三电极电池充电达到截止电压时的正极电位v1正和负极电位v1负；记录三电极电池放电达到截止电压时的正极电位v2正和负极电位v2负；

22、b1. 以锂片为电极，分别制备三电极电池的正极半电池和负极半电池，所述正极半电池的充放电截止电压与三电极电池的正极相同，所述负极半电池的充放电截止电压与三电极电池的负极相同；

23、c1. 半电池化成后，进行充放电测试，使得半电池极片厚度稳定；

24、d1. 拆解半电池，获得正极半电池电位为v1正时的正极片厚度和负极半电池电位为v2负时的负极片厚度，并计算正极片和负极片的膨胀率，根据膨胀率计算待测电池电芯的截面积，根据电芯的截面积和电池壳体内部的截面积计算待测电池群裕度。

25、作为进一步技术方案，所述充放电测试的循环次数为2-20次。

26、作为进一步技术方案，所述膨胀率的计算公式为：s正=（t2正-t1正）/t1正；s负=（t2负-t1负）/t1负；其中，s正为正极片的膨胀率，t2正为d1步骤测得的正极片厚度，t1正为化成前的正极片厚度；s负为负极片的膨胀率，t2负为d1步骤测得的负极片厚度，t1负为化成前的负极片厚度；

27、待测电池电芯的厚度为：h=n1×t1正×（1+s正）+n2×t1负×（1+s负）+n3×t隔膜；其中，h为待测电池电芯厚度，n1为正极片折数，n2为负极片折数，n3为隔膜折数，t隔膜为隔膜厚度；

28、所述群裕度的计算公式为：η=δ1/δ2；其中，η为群裕度，δ1为待测电池电芯的截面积，δ2为电池壳体内部的截面积。

29、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

30、本发明提供的二次电池群裕度的设计方法，通过半电池设计，一方面能够快速、精准的计算出目标电池的群裕度，以便根据群裕度调整电池体系设计，有助于缩短产品设计周期（可缩短50%-85%），且不需要对目标电池进行拆解；另一方面可以设计较充足的空间来容纳电芯因充电导致的电芯膨胀，从而提高电池的循环寿命。

31、本发明提供的二次电池群裕度的计算方法，通过半电池设计，能够快速、精准的计算出一系列（例如不同隔膜和极片数量的电池）目标电池的群裕度，且不需要对目标电池进行拆解。

技术特征：

1.一种二次电池群裕度的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述充放电测试的循环次数为2-20次。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述膨胀率的计算公式为：s正=（t2正-t1正）/t1正；

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，根据待设计电芯的厚度计算待设计电池电芯的截面积；

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述群裕度的计算公式为：η=δ1/δ2；

6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述群裕度的取值为95%-99%。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述待设计电池包括锂离子电池或钠离子电池；

8.一种二次电池群裕度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的计算方法，其特征在于，所述充放电测试的循环次数为2-20次。

10.根据权利要求8所述的计算方法，其特征在于，所述膨胀率的计算公式为：s正=（t2正-t1正）/t1正；s负=（t2负-t1负）/t1负；其中，s正为正极片的膨胀率，t2正为d1步骤测得的正极片厚度，t1正为化成前的正极片厚度；s负为负极片的膨胀率，t2负为d1步骤测得的负极片厚度，t1负为化成前的负极片厚度；

技术总结
本发明提供了一种二次电池群裕度的设计方法和计算方法，涉及电池技术领域。本发明提供的二次电池群裕度的设计方法，通过半电池设计，一方面能够快速、精准的计算出目标电池的群裕度，以便根据群裕度调整电池体系设计，有助于缩短产品设计周期（可缩短50%‑85%），且不需要对目标电池进行拆解；另一方面可以设计较充足的空间来容纳电芯因充电导致的电芯膨胀，从而提高电池的循环寿命。本发明提供的二次电池群裕度的计算方法，通过半电池设计，能够快速、精准的计算出一系列目标电池的群裕度，且不需要对目标电池进行拆解。

技术研发人员：邓伟,宋章训,梁听,胡学平,杨亦双,杨庆亨
受保护的技术使用者：江苏中兴派能电池有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15