[发明专利]降低卷绕式动力电池衰减速率的极片设计方法及装置

说明书

本发明公开了降低卷绕式动力电池衰减速率的极片设计方法及装置，由于电流致热和电流的平方成正比，因此如果集流体上电流的均匀程度较低，即使相同极耳的极片，集流体发热情况也各不相同，因此根据电池容量和放电倍率可确定正负极耳的数量，求取电池同等倍率下集流体发热最小的极耳位置设计即为最优设计。本发明通过建立物理模型和计算，得到了卷绕式动力电池极片极耳的最优设计位置，使集流体上电流的均匀程度处于最高水平，此时电池同等倍率下集流体发热最小，可提高动力电池能量转化效率和降低发热量，降低电池衰减速率。优选的，多极耳应设计在按极耳数目把极片均分的片段的正中部，根据极耳的数量确定不同极片上极耳的最优位置。

技术领域

本发明涉及卷绕式动力电池的技术领域，尤其涉及降低卷绕式动力电池衰减速率的极片设计方法及装置。

背景技术

锂离子电池性能优良，非常适合作为电动车的动力电池。在各种动力电池结构中有盒式结构、袋式结构和圆柱结构。在电池极片结构组合上盒式结构和袋式结构一般采用叠片式，圆柱结构的电池采用卷绕式。这些结构的动力锂离子电池适用于多种化学体系，如磷酸铁锂动力电池、三元材料动力电池、锰酸锂动力电池及其他潜在的电池体系。卷绕式结构电池优点是制造成本低、一致性好、组合方便；影响卷绕式电池性能的因素包括电池化学体系、电池极片活性物质涂覆参数，极片极耳数量和位置。

用于电子产品的圆柱电池正负极片通常采用单个极耳，但动力电池通常需要较高倍率充放电，或者需要较高容量，导致卷绕式电池极片较长，因此正负极片需要焊接多个极耳，实践证明卷绕式动力电池极片极耳焊接位置对动力电池中、高倍率性能有较大影响。如果极耳位置设计不合理，容易导致电池在充放电时极化增加，能量转换效率降低、电池发热增加等问题。

以卷绕式锂离子电池为例，型号有18650、22650、26650及32650等，由于电池设计要求不同，如高倍率型，中低倍率型和容量型，正负极片除了材料、配比、面密度和极片长度等参数不同外，其中正负极极片上引线(极耳)的数量和位置也均不相同，目前采用较多的为单极耳设计，大容量电池和高倍率电池一般采用多极耳设计，较多的为双极耳设计；极耳的位置也多种多样，如单极耳极片有在极片一端，或位于中间，或中间靠左，或中间靠右；双极耳极片有位于两端，或分布于极片中间其他位置，具体位置完全基于相关人员个人经验。由于电池极片长度等参数不同，因此如何确定极片上极耳的最优位置具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供降低卷绕式动力电池衰减速率的极片设计方法及装置，旨在解决卷绕式动力电池极片极耳焊接位置设计不合理容易导致电池在充放电时极化增加，能量转换效率降低、电池发热增加的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种降低卷绕式动力电池衰减速率的极片设计方法，包括：

模型建立步骤，建立卷绕式动力电池的极片模型；

数量确定步骤，根据卷绕式动力电池的电池容量和放电倍率，确定极片模型中极耳的数量n；n为正整数；

位置确定步骤，根据极片模型中极耳的数量n，获取卷绕式动力电池同等放电倍率下极片的集流体发热最小的n个位置，作为每个极耳的最优设计位置。

在上述实施例的基础上，优选的，所述位置确定步骤，具体为：

获取通过集流体上某一位置的电流I与该位置x的关系；

获取集流体上该位置的电阻R与该位置x的关系；

根据I、R，计算流过该位置的电流在该位置产生的热量W与该位置x的关系；

根据极耳的数量n、W与x的关系，求取卷绕式动力电池同等放电倍率下极片的集流体发热最小的n个位置，作为每个极耳的最优设计位置。

在上述实施例的基础上，优选的，所述位置确定步骤，具体为：