電池的結構、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電池的性能有不同程度的影響。因此，合理的電池設計和優(yōu)化的生產(chǎn)工藝是研究結果準確性、再現(xiàn)性和可靠性的關鍵。鋰離子電池作為一種化學電源，其設計也需要與化學電源的基本思想和原理相適應。

化學電源是一種將化學能直接轉換為低壓直流電能的設備。這個裝置實際上是一個小型直流發(fā)電機或能量轉換器。根據(jù)電器的技術要求，相應的化學電源也有相應的技術要求。生產(chǎn)廠家都試圖使化學電源不僅能發(fā)揮自己的特點，而且能滿足整機的要求，具有更好的性能。這種設計思想和原理使化學電源能夠滿足整機技術要求的過程稱為化學電源的設計。

 

化學電源的設計主要解決以下問題：

① 在允許的尺寸和重量范圍內設計結構和工藝，以滿足整個系統(tǒng)的功率要求；

② 找到一條可行、簡單可行的工藝路線；

③ 最大限度地降低電池成本；

④ 在條件允許的情況下，改進產(chǎn)品的技術性能；

⑤ 最大限度地實現(xiàn)綠色能源，克服和解決環(huán)境污染問題。

 

 

隨著鋰離子電池的商業(yè)化，越來越多的領域使用鋰離子電池。由于技術問題，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，其價格相當昂貴。同時，由于其高毒性，存在環(huán)境污染問題。這方面的努力正在進行中。幸運的是，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，吸引了越來越多的關注，并將成為可能。

電池設計的傳統(tǒng)計算方法是根據(jù)化學電源設計中積累的經(jīng)驗或實驗，根據(jù)需要的條件進行選擇和計算，并在進一步的實驗后確定合理的參數(shù)。此外，隨著電子計算機技術的發(fā)展和應用，也為電池的設計開辟了道路。現(xiàn)在可以根據(jù)過去的經(jīng)驗數(shù)據(jù)編譯計算機程序進行設計。

預計未來將進一步發(fā)展到完全使用計算機進行設計，這對縮短電池的開發(fā)周期具有廣闊的前景。電池的設計包括性能設計和結構設計。所謂性能設計是指電壓、容量和壽命的設計。結構設計是指電池殼、隔膜、電解液等結構部件的設計。

 

 

設計的一般程序分為以下三個步驟：

第一步：對給定的各項技術指標進行綜合分析，找出關鍵問題。

通常為了滿足整機的技術要求，提出的技術指標包括工作電壓、電壓精度、工作電流、工作時間、機械負載、壽命和環(huán)境溫度等。主要指標是工作電壓（和電壓精度）、容量和壽命。

第二步：進行性能設計。根據(jù)需要解決的關鍵問題，在積累的測試數(shù)據(jù)和實際生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗的基礎上，確定合適的工作電流密度，選擇合適的工藝類型，以便進行合理的電壓等性能設計。根據(jù)實際需要的容量，確定合適的設計容量，確定活性物質的比例用量。選擇合適的隔膜材料、外殼材料等來確定壽命設計。在選擇材料時，應在確保成本的同時，盡可能根據(jù)電池要求選擇新材料。當然，當這些設計都相關時，應該綜合考慮，不能忽視任何一個方面。

第三步：進行結構設計。包括外部尺寸的確定、單個電池的外殼設計、電解質的設計、隔膜的設計以及導電網(wǎng)、電極和孔的設計。電池組還設計了電池組、電池組外殼、內襯材料和加熱系統(tǒng)。

設計應著眼于主要問題，折衷和平衡次要問題，最終確定合理的設計方案。