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電池的性能有不同程度的影響。因此，合理的電池設(shè)計和優(yōu)化的生產(chǎn)工藝是研究結(jié)果準確性、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。這個裝置實際上是一個小型直流發(fā)電機或能量轉(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，而且能滿足整機的要求，具有更好的性能。這種設(shè)計思想和原理使化學(xué)電源能夠滿足整機技術(shù)要求的過程稱為化學(xué)電源的設(shè)計。

 

化學(xué)電源的設(shè)計主要解決以下問題：

① 在允許的尺寸和重量范圍內(nèi)設(shè)計結(jié)構(gòu)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(shù)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(lǐng)域使用鋰離子電池。由于技術(shù)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(dāng)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(guān)注，并將成為可能。

電池設(shè)計的傳統(tǒng)計算方法是根據(jù)化學(xué)電源設(shè)計中積累的經(jīng)驗或?qū)嶒?，根?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(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，也為電池的設(shè)計開辟了道路?，F(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(shè)計。

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

 

 

設(shè)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(shù)指標進行綜合分析，找出關(guān)鍵問題。

通常為了滿足整機的技術(shù)要求，提出的技術(shù)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(shè)計。根據(jù)需要解決的關(guān)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(chǔ)上，確定合適的工作電流密度，選擇合適的工藝類型，以便進行合理的電壓等性能設(shè)計。根據(jù)實際需要的容量，確定合適的設(shè)計容量，確定活性物質(zhì)的比例用量。選擇合適的隔膜材料、外殼材料等來確定壽命設(shè)計。在選擇材料時，應(yīng)在確保成本的同時，盡可能根據(jù)電池要求選擇新材料。當(dāng)然，當(dāng)這些設(shè)計都相關(guān)時，應(yīng)該綜合考慮，不能忽視任何一個方面。

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

設(shè)計應(yīng)著眼于主要問題，折衷和平衡次要問題，最終確定合理的設(shè)計方案。