電池的結(jié)構(gòu)、外殼和部件、電極的外部尺寸和制造工藝、雙極材料的比例以及電池組件的緊密性都對(duì)電池的性能有不同程度的影響。因此，合理的電池設(shè)計(jì)和優(yōu)化的生產(chǎn)工藝是研究結(jié)果準(zhǔn)確性、再現(xiàn)性和可靠性的關(guān)鍵。鋰離子電池作為一種化學(xué)電源，其設(shè)計(jì)也需要與化學(xué)電源的基本思想和原理相適應(yīng)。

化學(xué)電源是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為低壓直流電能的設(shè)備。這個(gè)裝置實(shí)際上是一個(gè)小型直流發(fā)電機(jī)或能量轉(zhuǎn)換器。根據(jù)電器的技術(shù)要求，相應(yīng)的化學(xué)電源也有相應(yīng)的技術(shù)要求。生產(chǎn)廠家都試圖使化學(xué)電源不僅能發(fā)揮自己的特點(diǎn)，而且能滿足整機(jī)的要求，具有更好的性能。這種設(shè)計(jì)思想和原理使化學(xué)電源能夠滿足整機(jī)技術(shù)要求的過(guò)程稱為化學(xué)電源的設(shè)計(jì)。

 

化學(xué)電源的設(shè)計(jì)主要解決以下問(wèn)題：

① 在允許的尺寸和重量范圍內(nèi)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的功率要求；

② 找到一條可行、簡(jiǎn)單可行的工藝路線；

③ 最大限度地降低電池成本；

④ 在條件允許的情況下，改進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)性能；

⑤ 最大限度地實(shí)現(xiàn)綠色能源，克服和解決環(huán)境污染問(wèn)題。

 

 

隨著鋰離子電池的商業(yè)化，越來(lái)越多的領(lǐng)域使用鋰離子電池。由于技術(shù)問(wèn)題，目前的鋰離子電池仍使用鋰鈷氧化物作為正極材料。鈷是一種戰(zhàn)略性資源，其價(jià)格相當(dāng)昂貴。同時(shí)，由于其高毒性，存在環(huán)境污染問(wèn)題。這方面的努力正在進(jìn)行中。幸運(yùn)的是，鋰錳氧化物及其摻雜化合物正成為鋰鈷氧化物最具挑戰(zhàn)性的陰極材料替代品，吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，并將成為可能。

電池設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)計(jì)算方法是根據(jù)化學(xué)電源設(shè)計(jì)中積累的經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)，根據(jù)需要的條件進(jìn)行選擇和計(jì)算，并在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)后確定合理的參數(shù)。此外，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也為電池的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了道路?，F(xiàn)在可以根據(jù)過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)編譯計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

預(yù)計(jì)未來(lái)將進(jìn)一步發(fā)展到完全使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這對(duì)縮短電池的開(kāi)發(fā)周期具有廣闊的前景。電池的設(shè)計(jì)包括性能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所謂性能設(shè)計(jì)是指電壓、容量和壽命的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指電池殼、隔膜、電解液等結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)。

 

 

設(shè)計(jì)的一般程序分為以下三個(gè)步驟：

第一步：對(duì)給定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，找出關(guān)鍵問(wèn)題。

通常為了滿足整機(jī)的技術(shù)要求，提出的技術(shù)指標(biāo)包括工作電壓、電壓精度、工作電流、工作時(shí)間、機(jī)械負(fù)載、壽命和環(huán)境溫度等。主要指標(biāo)是工作電壓（和電壓精度）、容量和壽命。

第二步：進(jìn)行性能設(shè)計(jì)。根據(jù)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，在積累的測(cè)試數(shù)據(jù)和實(shí)際生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定合適的工作電流密度，選擇合適的工藝類型，以便進(jìn)行合理的電壓等性能設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際需要的容量，確定合適的設(shè)計(jì)容量，確定活性物質(zhì)的比例用量。選擇合適的隔膜材料、外殼材料等來(lái)確定壽命設(shè)計(jì)。在選擇材料時(shí)，應(yīng)在確保成本的同時(shí)，盡可能根據(jù)電池要求選擇新材料。當(dāng)然，當(dāng)這些設(shè)計(jì)都相關(guān)時(shí)，應(yīng)該綜合考慮，不能忽視任何一個(gè)方面。

第三步：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括外部尺寸的確定、單個(gè)電池的外殼設(shè)計(jì)、電解質(zhì)的設(shè)計(jì)、隔膜的設(shè)計(jì)以及導(dǎo)電網(wǎng)、電極和孔的設(shè)計(jì)。電池組還設(shè)計(jì)了電池組、電池組外殼、內(nèi)襯材料和加熱系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)應(yīng)著眼于主要問(wèn)題，折衷和平衡次要問(wèn)題，最終確定合理的設(shè)計(jì)方案。