锂电池b类【超干货】锂电池CB值设计手册|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

【超干货】锂电池CB值设计手册

（1）C.B.值的常规定义

正对面阳极容量与阴极容量的比值。

（2）C.B.值的实际本

全电池充电时，阳极提供的锂空位能否接收阴极提供的活性锂离子，保障活性锂不在阳极沉积析出。

（3）C.B.值的设计要求

设计的C.B.值应要保证电芯开放的工作窗口、全生命周期内不析锂。

（4）影响C.B.值因素

但究其根本，只有两个因素：克容量及涂布重量(C.W.)的变化。

下图中展示了影响C.B.设计值变化的几个细分因素，其实质就是在不同情况下，阴极活性锂总量与阳极空位总量发生相对变化。通常来说：

1、全电首效波动直接反应阴极克容量的发挥水平，因而实际的C.B.值随之变化。

2、若阴极衰减快，随循环进行，C.B.值逐渐变大；反之，阳极衰减快，C.B.值逐渐变小；因此需要合理设计，保证EOL C.B. > 1，电芯不析锂。

3、倍率效应、温度效应；在提升工作温度或充放电倍率时，阴、阳极的脱/嵌锂动力学性能存在差异，锂离子受到的阻力是不同的；例如若阴极25°C 0.33C 160mAh/g，25°C 1C 150mAh/g；25°C 160 mAh/g，45°C 170 mAh/g；若阳极0.33C 350mAh/g，1C 330mAh/g等，若忽视倍率或温度引起阴、阳极的克容量变化，而导致C.B.值设计不合理，在低温大倍率下，极易发生析锂。

4、此外，小编建议在做设计之前，必须掌握制程能力；因为涂布存在公差波动，当阴极涂布重量偏上限，而阳极涂布偏下限的情况下，实际C.B.值是偏小的；并且冷压后，阴极延展率较高(>1%)、阳极延展率相对较小(<1%)以及涂布削薄等，这些因素均表明阴、阳极的涂布重量发生变化，偏离设计值；需综合考虑，保障电芯C.B.值不失效。

5、电芯结构不同，正对面的阴、阳极涂布质量发生变化。如下图，相对叠片结构，卷绕结构内圈的阳极比外圈的阴极正对面长度略小，即正对面阳极涂布重量低于设计值，需要补偿曲率损失。这也衍生了圆柱电芯中独特的AB面设计，即涂布重量一面轻一面重，修正C.B.值设计。

通常说的C.B.值是采用阴、阳极的可逆克容量计算，这里称为放电C.B.值，一般设计采用1.05-1.20；根据小编的经验大致分为，3C类1.05-1.1；动力类1.1-1.15能量型，1.15-1.2功率型。上述C.B.设计通常是石墨体系，业内具备丰富的设计经验。而近年来无论是动力类还是3C类电芯，均对能量密度提出了高要求，特斯拉的硅碳电池早已面世装车，最近小米MIXAlpha手机又高调宣发长续航4050mAh高容量纳米硅基电池，硅基电池技术的成熟度越来越高。那硅基体系的C.B.值设计要求还与石墨体系相同吗？小编想在这里分享对比下。

在分享之前，上图描述了1st/2nd充放电过程中，1st Cycle/2ndC.B.值的计算(充电/放电C.B.值)，并推理了其与全电首效与扣电首效之间的关系，目的也是为了用一个直观的等式表明充电C.B.和放电C.B.之间的理论关系。

那么在此，做一个简单的计算对比，假定石墨体系设计放电C.B.值=1.15，石墨扣电首效93%，全电首效一般是84-88%左右，即，1.15=93%/(84%或88%*充电C.B.)，得充电C.B.=1.039或1.088，考虑制程偏差，充电C.B.会更小，综合来说首次充电析锂的风险相对较小。但如果是硅基体系呢？考虑到硅基体系的高膨胀特性，业内大多选择的是低首效(全电)的氧化硅体系。各位读者可以自己计算下，即使是设计放电C.B.=1.15，也不能完全保证，低首效(全电)氧化硅体系首次充电不析锂。小编在此建议，基于硅基体系，应该优先考虑充电C.B.，而石墨体系在做极限设计时，也应该考虑充电C.B.值，这样才能保证首次充电不析锂。

最后分享一个C.B.值设计的经验公式，希望给初入行业的后继者们一些启发。本文仅仅是考虑C.B.值设计不失效，而关于C.B.值的大小细化设计验证，需根据不同种类的电芯(例如3C、启停、HEV、PHEV、EV等)，工作窗口不同，工况不同，需要进行DOE验证设计C.B.值，保障电芯在最恶劣的工况下，不析锂。

文章来源：新能源时代

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已经“足够好”，锂电池终于等到诺贝尔

科技日报记者张盖伦

每年诺贝尔化学奖颁布前夕，他的名字都会被列入“预测得奖名单”；每年奖项颁布后，也总会有人问——为什么今年还不是他？约翰·B·古迪纳夫（John B. Goodenough）的姓挺有意思，翻译成中文就是“足够好”，但他简直是化学奖界的村上春树。“陪跑”多年，人人都觉得他应该得，但就是一直没有得——直到今年。

2019年，诺贝尔化学奖终于给到了锂电池领域。美国科学家约翰·B·古迪纳夫、英裔美国科学家M·斯坦利·威廷汉（M. Stanley Whittingham）与日本科学家吉野彰（Akira Yoshino）共同获得此奖。

古迪纳夫与他的中国学生恩力能源科技有限公司总裁戴翔（右）供图

古迪纳夫今年已经97岁，他也刷新了诺奖得主的最高龄纪录。

“足够好”爷爷的获奖感言

戳视频↓↓↓

视频提供：戴翔

古迪纳夫表示，这真是个惊喜！我只能说这是一个多么非凡的日子，我非常高兴能参评诺贝尔奖，让我获得如此荣誉。

他们找到的材料至今仍是主流

如果没有锂电子电池，出门在外，你恐怕得为手机准备上一打镍镉电池，以防它打上几个电话就宣告罢工。

锂离子电池，能量密度高、寿命长，没有记忆效应。凭借这些优势，它已经渗透进了人类生活的方方面面。

当前最常见的锂电池中，正极为钴酸锂材料，负极是碳材料。“从1991年商业化到现在，锂电池的主流正负极材料没有太大改变。”上海科技大学物质科学与技术学院助理研究员刘巍说。

Whittingham的锂电池

当然，在商业化之前，也有一段漫长崎岖的道路需要前人摸索。先是斯坦利·威廷汉起草了锂电池的初始设计方案，硫化钛为正极材料，金属锂为负极材料——这证明是一个可以充放电的电池。

但人们发现，用金属锂做负极，并不安全。解决这一问题的思路在于避免电极中出现金属锂。古迪纳夫团队提出和找到了层状氧化物正极材料——钴酸锂。“这一材料至今仍应用在我们各类主流消费类电子产品中。”中国科学院物理所研究员李泓说。

Goodenough的锂电池

1997年，古迪纳夫已经75岁，他和团队又开发了另一种更加稳定安全的正极材磷酸铁锂，它是目前电动汽车、电动大巴、电动船舶、大规模储能、通信基站、数据中心等所用电池的主流材料。“他在锂电池正极材料方面做了奠基性的贡献。”李泓强调。而古迪纳夫的很多学生，也在锂电池这一领域继续开疆拓土，为正极材料和电解质材料的开发做出了卓越的贡献。“他得到诺贝尔奖是实至名归，”李泓说，“早就应该得了。”

但有了正负极材料，并不意味着就能有可用的电池，需要有人将所有这些材料集成成为可用的器件。

日本名古屋市的旭化成公司（Asahi Kasei）在公司研究员、名城大学教授吉野彰的带领下，做出了第一个现代商业化锂电子电池的原型器件。1991年，索尼公司率先将其真正商业化。

Akira Yoshino的锂电池

吉野彰也分享了今年的诺贝尔奖。“原始创新不一定只出现在高校实验室。当基本概念提出后，工程技术方面的创新突破也是最终能否获得实际应用的关键。所以对基础科学的发展起到了奠基性作用、对技术创新和技术改进起到了关键推动作用的成果，都应该获得诺贝尔奖级的评价。”李泓告诉科技日报记者。

已经“足够好”，还可以更好

现在，几乎没人能说自己离得开锂电池。它的发明支撑了人类社会高新技术的不断发展。

实际上，从锂电池早期概念的提出到商业化再到不断继续发展，大量的科学家、工程师都做出了贡献。诺贝尔奖授予的这三个人，做出了最为奠基性的成果。“奖项给了这三位优秀的科学家，是对锂电池为人类社会技术进步贡献的认可，也是对所有为推动这一领域发展做出贡献的科学家和工程师的认可，而未来锂电池的影响还会不断持续。”李泓说。